CN109567615A - 烘烤温度均匀的烤箱及烤箱内部温度场分析方法 - Google Patents

Abstract

一种烘烤温度均匀的烤箱，包括腔体、风机盖板、后加热管、后风机、底加热管、门体及顶加热管。所述顶加热管设置在内胆顶部，底加热管设置在内胆底部。所述后风机、后加热管及风机盖板设置在内胆后部而形成循环风系统。后风机包括电机和风叶，电机固定在内胆后部，风叶与后加热管一起设置在风机盖板与内胆之间。风机盖板与内胆形成风道，风机盖板设有位于正面中部的吸风口和分布于吸风口周围的出风口。本发明使腔体内产生分布均匀的风场，在风场作用下使腔体内温度分布均匀。

Description

烘烤温度均匀的烤箱及烤箱内部温度场分析方法

技术领域

本发明涉及厨房器具领域，尤其是一种烘烤温度均匀的烤箱及烤箱内部温度场分析方法。

背景技术

烤箱内部温度场的分布状况直接影响食物的烹饪效果，市场调查及用户反馈烤箱存在上色不均匀、前后温度相差大等等问题，此与烤箱内部温度均匀性有直接性的关联；由于烤箱内部温度分布均匀性关系烤箱结构、参数的影响因素较多，传统的实验测试方法对腔内的实际温度状况了解不直观且测试时间及经济成本较高，而计算流体力学模拟的方法能够以低成本和较快的速度模拟烤箱内部温度场，为改进烤箱结构、提升烤箱温度均匀性提供指导。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种烘烤温度均匀的烤箱及烤箱内部温度场分析方法，以解决烤箱温度分布不均匀的问题。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案一是：一种烘烤温度均匀的烤箱，包括腔体、风机盖板、后加热管、后风机、底加热管、门体及顶加热管，所述顶加热管设置在内胆顶部，底加热管设置在内胆底部，所述后风机、后加热管及风机盖板设置在内胆后部而形成循环风系统，后风机包括电机和风叶，电机固定在内胆后部，风叶与后加热管一起设置在风机盖板与内胆之间，风机盖板与内胆形成风道，风机盖板设有位于正面中部的吸风口和分布于吸风口周围的出风口。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案二是：一种烤箱内部温度场分析方法，包括如下步骤：

步骤一：对烤箱内部空气流动区域建立三维简化模型；

步骤二：对模型进行网格划分、边界参数定义、运算及结果收敛判定，具体包括：

在自然辅助换热模式下，顶加热管与底加热管的形状分布及表面热负荷直接决定腔内层位上食物的温度分布，根据顶加热管与底加热管的形状计算辐射面面积A代入热辐射量Q_R公式求解顶加热管与腔内空气及腔体的辐射换热量：

式中：Q_R是热辐射量，σ是斯蒂芬-波尔兹曼常数，ε是热辐射率(黑度)，A是辐射面面积，F是辐射面的形状系数，T_s是表面温度，T_f是环境温度；

在风扇对流换热模式下，腔内热量分布主要通过腔内后风机通过由风机盖板与内胆组成的循环风系统将后加热管产生的热量引导至腔内，故后风机的转速、风机盖板的吸风口及出风口的位置布局等因素直接决定腔内空气的流动速度，从而影响对流换热强度，决定腔内温度分布的均匀性；

(1)以流体外掠平板对流换热模型为基础，在模型中根据后风机的转速、腔内体积尺寸等参数定义边界条件，计算收敛得出模型的风场分布并得出风机盖板的吸风口风速，通过公式计算得出腔内循环风量：

Q_s＝vπ(d/2)²

式中：Q_s是循环风量，v是吸风口风速，d是吸风口直径；

(2)由对流换热面处的雷诺数：

Re_x＝ux/v

式中：u是平均风速，x是对流换热的板长，v是空气的运动黏度；

和局部对流换热系数经验公式：

式中：入是空气的导热系数，P_r是普朗特数；

可得平均对流换热系数：

h＝2h_x

(3)根据腔体表面积A与平均对流换热系数计算得出对流换热量：

Q＝hA(T_s-T_f)

式中：Q是热通量，h是平均对流换热系数，A是表面积， T_s是表面温度，T_f是环境温度；

完成模型网格划分后通过热传递特性完成边界条件设定，依据瞬态热分析守恒原理对模型计算求解：

式中：[K]是传导矩阵；[C]是比热矩阵，{T}是节点温度向量；是温度对时间的导数，{Q}是节点热流率向量；

计算求解得出腔内温度分布状况，之后在工作区截面选若干个测试点，取得其温度值，求算数平均数，以温度场的不均匀系数为评价标准：

计算均方根偏差：

不均匀系数为：

不均匀系数越小表明温度场分布越均匀；

步骤三：根据不均匀系数及模拟结构状况，对影响因素的相关参数进行调整以达到最佳组合；

步骤四：根据以上确定的模型参数进行烤箱制作，在完成的烤箱测试层架上四周均匀布置若干个温度测试点，连接温度测试仪对烤箱内部的温度场分布进行测试、数据采集，将实际测试的数据与模型模拟数据进行趋势性对比，确认两者温度分布规律性是否一致来确认模拟数据准确性。

本发明的有益效果是：本发明具有自然对流模式和风扇模式两种工作模式。在风扇模式的工作过程中，通过电机带动风叶在风道内部产生负压使腔内空气从吸风口吸入风道，热空气在风压作用下从风机盖板的出风口吹入腔内，使腔内产生分布均匀的风场，通过后加热管提供热量，在风场作用下使腔内温度分布均匀。

附图说明

图1为本发明烘烤温度均匀的烤箱的立体组合图。

图2为本发明烘烤温度均匀的烤箱循环风系统的立体组合图。

图3为本发明烤箱腔内风场分布模拟截面图。

图4为本发明烤箱腔内温度温度场分布模拟截面图。

图5为本发明烤箱测试架温度点分布图。

对照以上附图，作如下补充说明：

1---腔体 2---风机盖板

3---后加热管 4---后风机

5---底加热管 6---门体

7---顶加热管 12---内胆

21---吸风口 22---出风口

41---风叶 42---电机

具体实施方式

请参考图1至图5，本发明烘烤温度均匀的烤箱，包括腔体1、风机盖板2、后加热管3、后风机4、底加热管5、门体6及顶加热管7。所述顶加热管7设置在内胆12顶部，底加热管5设置在内胆12底部。所述后风机4、后加热管3及风机盖板2设置在内胆12后部而形成循环风系统。所述后风机4 包括电机42和风叶41，电机42固定在内胆12后部，风叶41 与后加热管3一起设置在风机盖板2与内胆12之间。风机盖板2与内胆12形成风道，风机盖板2设有位于正面中部的吸风口21和分布于吸风口21周围的出风口22。请具体参考图1，所述出风口22包括朝向上方开口的出风口、朝向下方开口的出风口以及与吸风口21同向、朝向前方开口的若干个出风口。

本发明烘烤温度均匀的烤箱在自然对流模式下，通过上下均匀分布的顶加热管7与底加热管5产生辐射热对食物进行烹饪；在风扇模式下，通过循环风系统为腔体1提供均匀的温度场。在本发明的风扇模式工作过程中，通过电机42带动风叶 41在风道内部产生负压使腔体1内的空气从吸风口21吸入风道，热空气在风压作用下从风机盖板2出风口22吹入腔体1 内，使腔体1内产生分布均匀的风场，通过后加热管3提供热量，在风场作用下使腔体1内温度分布均匀。

本发明还涉及一种烤箱内部温度场分析方法，包括如下步骤：

步骤一：对烤箱内部空气流动区域建立三维简化模型；

步骤二：对模型进行网格划分、边界参数定义、运算及结果收敛判定，具体包括：

在自然辅助换热模式下，顶加热管7与底加热管5的形状分布及表面热负荷直接决定腔内层位上食物的温度分布，根据顶加热管7与底加热管5的形状计算辐射面面积A代入热辐射量Q_R公式求解顶加热管7与腔内空气及腔体1的辐射换热量：

式中：Q_R是热辐射量，σ是斯蒂芬-波尔兹曼常数，ε是热辐射率(黑度)，A是辐射面面积，F是辐射面的形状系数，T_s是表面温度，T_f是环境温度；

在风扇对流换热模式下，腔内热量分布主要通过腔内后风机4通过由风机盖板2与内胆12组成的循环风系统将后加热管3产生的热量引导至腔内，故后风机4的转速、风机盖板2 的吸风口21及出风口22的位置布局等因素直接决定腔内空气的流动速度，从而影响对流换热强度，决定腔内温度分布的均匀性；

(1)以流体外掠平板对流换热模型为基础，在模型中根据后风机4的转速、腔内体积尺寸等参数定义边界条件，计算收敛得出模型的风场分布并得出风机盖板2的吸风口风速，通过公式计算得出腔内循环风量：

Q_s＝vπ(d/2)²

式中：Q_s是循环风量，v是吸风口风速，d是吸风口直径；

(2)由对流换热面处的雷诺数：

Re_x＝ux/v

式中：u是平均风速，x是对流换热的板长，v是空气的运动黏度；

和局部对流换热系数经验公式：

式中：入是空气的导热系数，P_r是普朗特数；

可得平均对流换热系数：

h＝2h_x

(3)根据腔体1表面积A与平均对流换热系数计算得出对流换热量：

Q＝hA(T_s-T_f)

式中：Q是热通量，h是平均对流换热系数，A是表面积， T_s是表面温度，T_f是环境温度；

完成模型网格划分后通过热传递特性完成边界条件设定，依据瞬态热分析守恒原理对模型计算求解：

式中：[K]是传导矩阵；[C]是比热矩阵，{T}是节点温度向量；是温度对时间的导数，{Q}是节点热流率向量；

计算求解得出腔内温度分布状况，之后在工作区截面选若干个测试点，取得其温度值，求算数平均数，以温度场的不均匀系数为评价标准：

计算均方根偏差：

不均匀系数为：

不均匀系数越小表明温度场分布越均匀；

步骤三：根据不均匀系数及模拟结构状况，对影响因素的相关参数进行调整以达到最佳组合；

步骤四：根据以上确定的模型参数进行烤箱制作，在完成的烤箱测试层架上四周均匀布置若干个温度测试点，连接温度测试仪对烤箱内部的温度场分布进行测试、数据采集，将实际测试的数据与模型模拟数据进行趋势性对比，确认两者温度分布规律性是否一致来确认模拟数据准确性。

本发明具有自然对流模式和风扇模式两种工作模式。在风扇模式的工作过程中，通过电机42带动风叶41在风道内部产生负压使腔体1内的空气从吸风口21吸入风道，热空气在风压作用下从风机盖板2的出风口22吹入腔体1内，使腔体1 内产生分布均匀的风场，通过后加热管3提供热量，在风场作用下使腔体1内温度分布均匀。

Claims (2)

1.一种烘烤温度均匀的烤箱，其特征是：包括腔体、风机盖板、后加热管、后风机、底加热管、门体及顶加热管，所述顶加热管设置在内胆顶部，底加热管设置在内胆底部，所述后风机、后加热管及风机盖板设置在内胆后部而形成循环风系统，后风机包括电机和风叶，电机固定在内胆后部，风叶与后加热管一起设置在风机盖板与内胆之间，风机盖板与内胆形成风道，风机盖板设有位于正面中部的吸风口和分布于吸风口周围的出风口。

2.一种烤箱内部温度场分析方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤一：对烤箱内部空气流动区域建立三维简化模型；

步骤二：对模型进行网格划分、边界参数定义、运算及结果收敛判定，具体包括：

在自然辅助换热模式下，顶加热管与底加热管的形状分布及表面热负荷直接决定腔内层位上食物的温度分布，根据顶加热管与底加热管的形状计算辐射面面积A代入热辐射量Q_R公式求解顶加热管与腔内空气及腔体的辐射换热量：

式中：Q_R是热辐射量，σ是斯蒂芬-波尔兹曼常数，ε是热辐射率(黑度)，A是辐射面面积，F是辐射面的形状系数，T_s是表面温度，T_f是环境温度；

在风扇对流换热模式下，腔内热量分布主要通过腔内后风机通过由风机盖板与内胆组成的循环风系统将后加热管产生的热量引导至腔内，故后风机的转速、风机盖板的吸风口及出风口的位置布局等因素直接决定腔内空气的流动速度，从而影响对流换热强度，决定腔内温度分布的均匀性；

(1)以流体外掠平板对流换热模型为基础，在模型中根据后风机的转速、腔内体积尺寸等参数定义边界条件，计算收敛得出模型的风场分布并得出风机盖板的吸风口风速，通过公式计算得出腔内循环风量：

Q_s＝vπ(d/2)²

式中：Q_s是循环风量，v是吸风口风速，d是吸风口直径；

(2)由对流换热面处的雷诺数：

Re_x＝ux/v

式中：u是平均风速，x是对流换热的板长，v是空气的运动黏度；

和局部对流换热系数经验公式：

式中：λ是空气的导热系数，P_r是普朗特数；

可得平均对流换热系数：

h＝2h_x

(3)根据腔体表面积A与平均对流换热系数计算得出对流换热量：

Q＝hA(T_s-T_f)

式中：Q是热通量，h是平均对流换热系数，A是表面积，T_s是表面温度，T_f是环境温度；

完成模型网格划分后通过热传递特性完成边界条件设定，依据瞬态热分析守恒原理对模型计算求解：

式中：[K]是传导矩阵；[C]是比热矩阵，{T}是节点温度向量；是温度对时间的导数，{Q}是节点热流率向量；

计算求解得出腔内温度分布状况，之后在工作区截面选若干个测试点，取得其温度值，求算数平均数，以温度场的不均匀系数为评价标准：

计算均方根偏差：

不均匀系数为：

不均匀系数越小表明温度场分布越均匀；

步骤三：根据不均匀系数及模拟结构状况，对影响因素的相关参数进行调整以达到最佳组合；

步骤四：根据以上确定的模型参数进行烤箱制作，在完成的烤箱测试层架上四周均匀布置若干个温度测试点，连接温度测试仪对烤箱内部的温度场分布进行测试、数据采集，将实际测试的数据与模型模拟数据进行趋势性对比，确认两者温度分布规律性是否一致来确认模拟数据准确性。