Физики объяснили замедление потока воды в эспрессо-машине при высоком давлении
Они сварили 60 порций напитка и описали кофейную таблетку моделью пористо-упругой среды
Польские и немецкие физики исследовали гидродинамические процессы внутри портафильтра эспрессо-машины и объяснили причину, по которой повышение давления выше определенного значения перестает ускорять прохождение воды через спрессованную массу молотого кофе. Авторы провели эксперименты с помощью кастомизированной кофеварки, сварив 60 порций эспрессо, и описали кофейную таблетку с помощью модели пористо-упругой среды, которая дополнительно деформируется при высоком давлении, в результате чего микроскопические промежутки, через которые просачивается жидкость, еще больше сужаются. Статья опубликована в журнале Physics of Fluids.
Ученые давно пытаются разобраться в процессах, происходящих во время приготовления эспрессо, однако точная природа многих явлений внутри эспрессо-машины до сих пор остается недостаточно изученной. Классическая технология приготовления напитка заключается в пропускании горячей воды под большим давлением через фильтр, в котором находится спрессованная масса молотого кофе. При этом водяной поток, проходя через мелкозернистую пористую среду, вытесняет воздух, смачивает частицы кофе, растворяет и вымывает содержащиеся в них вещества, причем все эти процессы укладываются в считанные секунды.
Обычно для описания протекания жидкости через пористую среду применяется закон Дарси, который связывает скорость фильтрации жидкости через среду с вызывающим ее перепадом давления линейной зависимостью. Однако на практике уже давно известно, что с повышением давления выше определенного порога поток воды через кофейную таблетку перестает ускоряться, или даже замедляется. Ранее эту нелинейность пытались объяснить миграцией мелкой фракции кофе и закупоркой пор, а также образованием каналов, по которым вода проходит быстрее, чем через остальную часть таблетки.