Исследование по оптимизации равномерности температуры в печи в режиме принудительной конвекции

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 12486 (2023) Цитировать эту статью

41 доступ

Подробности о метриках

С целью изучения распределения температуры в многофункциональной печи и оптимизации конструктивных параметров печи была улучшена однородность внутренней температуры. Тестирование и численное моделирование проводились двумя способами. Распределение температурного поля в каждом слое печей измерялось в реальном времени с помощью 13-точечной распределенной термопары, а также измерялся и анализировался индекс однородности температуры печи. Температурное поле внутри печи было численно смоделировано с использованием вычислительной гидродинамики. Исследовали эффекты теплопроводности, конвекции и излучения соответственно и выяснили основной режим теплопередачи в печи. Далее посредством испытания измерения температуры проверяют точность метода численного моделирования. По результатам эксперимента и моделирования выявлена ​​и проанализирована причина неравномерности температурного поля в исходной конструкции печи. Изменив конструкцию задней двери духовки, отрегулировав распределение объема воздуха, изменив распределение воздуховыпускного отверстия и другие меры, можно значительно улучшить однородность температурного поля внутри духовки.

Развитие новых тенденций дизайна на рынке кухонной утвари – динамичный процесс, а это значит, что производителям необходимо разрабатывать и применять более совершенные технологии. От идеи до вывода нового продукта на рынок цикл исследований и разработок становится все более актуальным. Таким образом, время, оставшееся для предварительных исследований и усовершенствования продукта, также относительно невелико. Это показывает, что способ, который требует больше времени для проверки производительности печи посредством эксперимента, в настоящее время не может адаптироваться к новому способу разработки продукции. Применение численного моделирования может помочь разработчикам ускорить процесс разработки.

С развитием народного хозяйства приготовление пищи в духовке становится все более важной тенденцией в повседневной жизни людей. Равномерность внутренней температуры духовки тесно связана с качеством выпечки. Неравномерная внутренняя температура может привести к неравномерному распределению тепла, что приведет к неудовлетворительной окраске. Кроме того, неравномерное приготовление делает пищу несъедобной. Для исследования однородности внутренней температуры печей используются два метода: экспериментальное исследование и компьютерное моделирование. Экспериментальные исследования дают преимущество прямых измерений и анализа в реальных печах, что дает надежные результаты. Между тем компьютерное моделирование является ценным инструментом одновременного моделирования различных условий. Следовательно, численное моделирование широко применяется при изучении характеристик воздушного потока и теплопередачи внутри печей.

В настоящее время проводятся исследования тепловой среды в печном оборудовании. Например, Юань Хун и др.1 использовали метод вычислительной гидродинамики для проведения численного моделирования внутреннего температурного поля печи, а также выявили и проанализировали причины неоднородности температурного поля исходной конструкции печи. Лин Хау Чао и др.2 подробно обсудили распределение внутреннего температурного поля печи и метод системы контроля температуры печи. Чжэн Цзиньлун3 изучил распределение тепла на противнях в духовке и использовал уравнение теплопроводности Фурье, чтобы объяснить, что распределение тепла на противнях разной формы различно. С помощью измерений и численного моделирования CFD Сян Линьлин и др.4 изучили состояние распределения температурного поля во внутренней полости встроенной печи и предложили улучшить однородность температуры, изменив отверстие в верхней части печи, скорость горячего вентилятора, положение нагревательной трубки, конструкция горячего вентилятора и другие методы оптимизации. Ван Цзин и др.5 показали, что, когда температура пищи поднималась выше 171 °C, конвекция становилась доминирующим методом теплопередачи, и получили оптимальную модель духовки с помощью численного моделирования. Чжан Ланьсинь и др.6 смоделировали внутреннее температурное поле модели печи в различных режимах работы посредством численного моделирования. Результаты исследований показали, что однородность внутреннего температурного поля существующей модели печи можно оптимизировать за счет улучшения конструкции печи. Гу Сиюань и др.7 смоделировали влияние различных мер по улучшению на распределение температуры во внутренней полости, создав трехмерную упрощенную модель печи, и, наконец, получили оптимальную модель печи путем интеграции различных мер. Яо Цзин и др.8 проанализировали проблему нагрева пищи в духовке с точки зрения механизма, предоставили распределение тепловой энергии нескольких типичных форм пищи во время процесса нагрева и посредством сравнения пришли к выводу, что круг является оптимальной формой сосуда. . Ли Баоцян и др.9 предложили метод управления, основанный на нечетком адаптивном ПИД-регуляторе, для регулирования температуры пирофиллитовой печи. Путем создания нечеткой модели управления три параметра ПИД были скорректированы в режиме онлайн. Тянь Сонгтао и др.10 предложили четыре улучшенные конструкции для неравномерного распределения скорости на каждом выходе из сопла в исходной модели. В результате анализа моделирования был сделан вывод, что оптимальный эффект моделирования был достигнут, когда воздухораспределительная камера была спроектирована в виде трапеции, а расположение сопел было улучшено до треугольной формы. В данной статье в качестве объекта исследования взята встраиваемая электрическая духовка определенного производителя. Согласно измеренным данным этого типа печи, разница между самым высоким и самым низким значением в разных точках измерения в камере печи может достигать 10 °C и более, что влияет на качество выпечки продуктов. Чтобы улучшить производительность электрической духовки в процессе фактического использования, в этом исследовании путем сочетания эксперимента и численного моделирования проверяется распределение температуры в полости духовки, чтобы распределение было равномерным.