如何在一分钟内将温吞的淡啤酒变成冰镇啤酒？一家初创公司开发了一个巧妙的小装置，可以做到这一点，既节省能源，又避免了派对上的尴尬。制造商Enviro-Cool 声称，使用V-Tex即时冷却可以为零售商每台冰箱每年节省1000欧元，当然也有助于保持地球凉爽。那么这个装置究竟是如何工作的呢？
媒体报道将该装置称为“反向微波炉”，但这种类比会让物理学家感到寒冷。不幸的是，你不能简单地将微波炉反向接线，然后将热量从物体中吸出来。
事实上，尽管公关宣传中充斥着“兰金涡旋”的说法，但在某些方面，这个装置却平淡无奇：饮料的快速冷却是通过将它们与冷的东西接触来实现的。然而，有一个诀窍：这里的有趣科学是流体动力学，而不是热力学。
棘手的冷却
在微波炉中快速加热食物很容易。为什么冷却东西如此困难？物体的温度本质上是它所含能量多少的度量。较热的物体比较冷的物体拥有更多的能量。冷却之所以困难，是因为让物体内部的原子放弃能量是一件棘手的事情。
如果你想随心所欲地冷却一种材料，你需要非常仔细地选择材料。气体是理想的：气体可以通过压缩加热（这就是为什么自行车打气筒在使用后摸起来很暖的原因），或者相反，通过膨胀冷却（这就是为什么从气溶胶罐中快速膨胀的气体感觉很凉的原因）。
没有气态食物，固体或液体更难冷却。唯一简单的方法是让它们与冷的东西接触。
这当然是冰箱的工作原理：通过一系列管道压缩和膨胀气体使它们变冷。这些管道然后冷却冰箱里的空气，空气再冷却你的食物。这个过程的问题在于，空气和食物的导热性很差，所以热量需要很长时间才能通过空气从食物中流出，进入冷管，然后从冰箱后部排出，从而使厨房变暖。
因此，为了提高冷却速度，我们需要另一种介质来输送热量。这是V-Tex与普通冰箱不同的第一个方面：它使用水来携带被冷却饮料的热量。但水的效率比空气高得多，以至于你会遇到另一个问题。过快地从一只鸡身上吸走热量，鸡皮就会结冰，而内部却还没有开始冷却——这与典型的烧烤灾难相反，烧烤灾难中食物以过高的温度烹饪，外面烤焦，但里面仍然是生的。在饮料的情况下，不均匀的冷却会在饮料核心处形成一个高度浓缩的黏糊糊糖浆的外层冰，或者一个意外的半冻的霞多丽起泡酒。
对于固体物品，从昨晚的意面到移植器官，故事到此就结束了：如果你想避免结冰，你必须更小心地冷却它。但是对于液体，你还有另一个选择：搅动液体，使整个体积均匀地暴露在寒冷中。
棘手的问题
然而，许多常见的饮料也带来了另一个问题。从百事可乐到普罗塞克，碳酸饮料中的气泡来自溶解在液体中的二氧化碳气体。这些二氧化碳一直在寻找任何可以逃逸的借口，而这些借口以“成核点”的形式出现，这些成核点会促进气泡的形成：从曼妥思表面的微小凹坑到液体本身的扰动。这就是为什么你不能简单地摇晃后冷却：如果你曾经玩过摇晃可乐瓶的恶作剧，或者在F1赛车领奖台上看过香槟喷洒，你就会意识到扰动含有溶解气体的液体所带来的冒泡后果。
这就是为什么V-Tex的设计者必须设计一种均匀冷却碳酸饮料的智能方法。解决方案是旋转、晃动再旋转。这会产生一个平稳流动的涡旋，没有可能引起气泡形成的压力波。细节很少（专利涵盖了其精密的编排），但该网站确实提到了重复创建和破坏“兰金涡旋”，这是流体平稳旋转的一种方式。
这个装置不是反向微波炉：它的快速冷却只对液体有效，而且容器的热传导有显著影响（他们声称 500毫升的金属罐可以在50秒内冷却，而同等容量的玻璃瓶需要六分钟）。
媒体错过了更好的故事：在V-Tex中，你的饮料正在被一个快速移动的机器人手臂（在一个冰水槽中）搅拌，而不是摇晃。让整个装置透明，再加入一些LED灯，更像原型，然后短暂等待你的汽水，就能揭示出一些酷炫的物理学。
Andrew Steele 不为任何可能从本文中获益的公司或组织工作、咨询、持有股份或接受资助，并且没有相关的隶属关系。
本文最初发布于The Conversation。阅读原文。
现在阅读：一群大学生如何在实验室发明了世界上最好的家用快速冷却器
