洗碗機曾是舶來品，遭遇了較長時間的水土不服。但根據(jù)奧維云網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2021年全年洗碗機市場零售額為99.6億元，同比增長14.4%。在這個過程中，中國企業(yè)自強自立，攻克技術(shù)難題，推動成果轉(zhuǎn)化，貢獻了“中國方案”。

攻克“蒸蛋碗”清洗難題

洗碗機雖然是從西方傳到中國，但是由于東西方飲食文化的區(qū)別，沿用西方的技術(shù)路線，并不能很好地清洗干凈中式餐具。

“為了能夠達到更好的清洗效果，中國人要走自主研發(fā)的道路，打造出更好的設(shè)計方案。”中國科學(xué)院力學(xué)研究所實驗室主任郭亮博士表示，在大部分洗碗機品牌還處在純水洗階段時，中國企業(yè)率先對洗碗機核心清洗技術(shù)進行創(chuàng)新，以高能氣泡洗技術(shù)打破洗碗機行業(yè)的清洗機理，引領(lǐng)行業(yè)進入氣泡洗的時代。

方太研發(fā)工程師鄭峰舉例，比如重慶牛油火鍋里的重油污，牛油的熔點較高，容易凝固，需要較高的清洗溫度和力度配合洗滌劑才能清洗干凈。

而對于蒸雞蛋羹來說，一般蒸的溫度在90℃以上，遠(yuǎn)超過了雞蛋的凝固點，在該溫度下，雞蛋白和蛋清凝固變性，粘性增加，與餐具表面形成了很強的附著力，特別是蒸蛋與碗交界的一圈，由于相對而言溫度較高、高溫時間長、水分較少，就更難清洗了。

“當(dāng)前，方太洗碗機的清潔指數(shù)已達到1.21，超過國家標(biāo)準(zhǔn)的1.12。為了進一步突破更加全面和極致的‘中式重油污’清洗場景，我們聯(lián)合了中國科學(xué)院力學(xué)研究所持續(xù)對洗碗技術(shù)進行迭代優(yōu)化。”鄭峰表示。

研發(fā)新一代洗碗技術(shù)“高能氣泡洗”

“我們發(fā)現(xiàn)潛艇清洗技術(shù)能將附著在潛艇表面的極難處理的海洋生物(例如藤壺)剝離清洗，可想而知其清洗能力是非?？鋸埖模塾诖?，我們對其進行了探究，發(fā)現(xiàn)它的核心本質(zhì)是水+氣的混動清洗。”鄭峰介紹說。

研發(fā)人員從中獲得靈感，通過直驅(qū)系統(tǒng)為水流定量補氣，形成局部低于0.15kPa的負(fù)壓，配合間隙30m/s的高速水流，形成空化射流，速度較普通水流高出20%。除此之外，水流中的高能氣泡炸裂，形成沖擊波式擴散，對碗盤展開2.7倍于純水的沖擊覆蓋。數(shù)千億計的剛性空泡爆裂，帶來強大的微射流沖擊力，最高時速可達180m/s，堪比普通手槍子彈出膛的初始速度。

“這項技術(shù)屬于首創(chuàng)，我們創(chuàng)造性的將水+氣混動清洗的模式運用到了洗碗機領(lǐng)域，創(chuàng)造出了特有的高能氣泡洗清洗技術(shù)，極大地增強了洗碗機的清洗能力。”鄭峰說。

水槽洗碗機最初是使用超聲波對果蔬進行清洗，這是一種用水浸沒被清洗物的清洗方式，假如用于洗碗碟的話，就非常浪費水。于是，研發(fā)人員思考如何在噴淋的水中也有這種清洗效果，通過跨領(lǐng)域清洗技術(shù)的探究和應(yīng)用轉(zhuǎn)化，創(chuàng)造性地把水與氣相結(jié)合形成了高能氣泡洗技術(shù)，用于碗碟和果蔬的清洗。

從火箭發(fā)射器結(jié)構(gòu)中獲得靈感

3月16日，方太集團與中國科學(xué)院力學(xué)研究所聯(lián)合發(fā)布新一代洗碗機技術(shù)高能氣泡洗暨《氣液混合非定常流管道多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計與模擬》課題成果，首次將航天工程思想和數(shù)字孿生技術(shù)，應(yīng)用于洗碗機噴淋結(jié)構(gòu)及水流系統(tǒng)中。

航天領(lǐng)域是中國科學(xué)院力學(xué)研究所多年來科研的重點方向，在研發(fā)過程中，課題帶頭人郭亮關(guān)注到目前火箭全都在應(yīng)用的拉瓦爾噴管，與洗碗機噴淋臂結(jié)構(gòu)非常相似。

“我們在航天領(lǐng)域經(jīng)常打交道的是氣體，洗碗機里面是液體，兩者在力學(xué)中統(tǒng)稱為‘流體’。所以，我們就想從航天里面找靈感，看看能不能通過航天中已有的技術(shù)，嫁接到洗碗機中。”郭亮解釋說，“火箭發(fā)動機的拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)如果放到液體中，剛好能夠起到一個促進空化泡產(chǎn)生的效果，經(jīng)過反復(fù)的計算和模擬，我們給出了一個具體的設(shè)計方案，通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，空化效果提升了一倍以上。”

洗碗機噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，既要考慮水流的壓力，也要考慮與空氣的混合比例，還要考慮在多個噴嘴(17個)的情況下，相互影響的效果。如果一點一點做實驗，打樣，測效果，工作量太大，而且無法得到“最優(yōu)解”。

面對洗碗機內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，數(shù)字孿生技術(shù)也被用于仿真模擬洗碗機噴嘴的流道設(shè)計和布局，計算出“水流壓力+水汽混合+17個噴嘴流道角度”的最佳匹配公式，一舉攻克洗碗機結(jié)構(gòu)升級難題，實現(xiàn)最佳清洗效果。

堅持自主創(chuàng)新書寫“中國方案”

2021年9月，方太集團與中國科學(xué)院力學(xué)研究所達成深度合作意向。中科院力學(xué)研究所應(yīng)用前沿科學(xué)技術(shù)，與方太洗碗機產(chǎn)品線進行聯(lián)合課題研究，針對業(yè)已引領(lǐng)洗碗機技術(shù)潮流的高能氣泡洗技術(shù)，做進一步的提升。

在合作中，郭亮感受最深的是，想用前沿科技的理論和先進的算法來指導(dǎo)工程實踐，尤其是產(chǎn)品的優(yōu)化，是相當(dāng)有難度的一件事。在做科研的過程中，只需要考慮最理想的實現(xiàn)方式即可，科研人的優(yōu)勢是超強的計算能力和深厚的理論基礎(chǔ);而企業(yè)工程師團隊更多的是從產(chǎn)品實際出發(fā)來考慮問題，同時關(guān)注尺寸、功率、成本等約束條件，他們的優(yōu)勢在于多年豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗。

“在我們雙方人員合作初期，看問題的角度完全不同，思考問題的方法也不一樣。但是，經(jīng)過了一段時間的磨合，我們找到了相互協(xié)作的平衡點，能夠讓我們把自己最擅長的優(yōu)勢賦能到實際的產(chǎn)品開發(fā)中，給出行之有效的解決問題方法，實現(xiàn)了產(chǎn)品的迭代和升級，達到了預(yù)期的目標(biāo)。這對于我本人和團隊來說，都是一次難得的理論與實踐相結(jié)合的機會。”郭亮深有感觸地說。

“將論文寫到祖國大地上。”郭亮希望今后有機會參與到更多民用產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計中去。(科技日報記者 馬愛平)

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