強制対流モードにおけるオーブン内の温度均一性の最適化に関する研究

Jul 18, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12486 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

多機能オーブン内の温度分布を研究し、オーブンの構造パラメータを最適化するために、内部温度の均一性が改善されました。 テストと数値シミュレーションは 2 つの方法で実施されました。 13点分布熱電対を使用してオーブンの各層の温度場の分布をリアルタイムで測定し、オーブンの温度均一性指数を測定および分析しました。 オーブン内の温度場は、数値流体力学を使用して数値的にシミュレートされました。 熱伝導、対流、放射の効果をそれぞれ調査し、オーブンの主な熱伝達モードを発見しました。 さらに温度測定のテストを通じて、数値シミュレーション手法の精度を検証します。 実験とシミュレーションの結果により、オーブンの元の構造における温度場が不均一になる理由が明らかになり、分析されました。 オーブンテールゲートの構造変更、風量分布の調整、吹出口の分布変更などにより、オーブン内の温度場の均一性が大幅に向上しました。

キッチン用品市場における新しいデザイントレンドの発展はダイナミックなプロセスであり、メーカーはより高度なテクノロジーを開発し、適用する必要があることを意味します。 アイデアの発案から新製品の市場投入まで、研究開発サイクルはより緊急なものになります。 したがって、事前調査や製品の改善に残される時間も比較的短くなります。 このことは、実験によってオーブンの性能を検証するためにより多くの時間を要する方法が、今日の新しい製品開発モードに徐々に適応できなくなっていることを示しています。 数値シミュレーションの適用は、開発者が開発プロセスをスピードアップするのに役立ちます。

国家経済の発展に伴い、オーブン調理は人々の日常生活においてますます重要なトレンドとして浮上しています。 オーブン内部の温度の均一性は焼き菓子の品質と密接に関係しています。 内部温度が不均一であると、熱の分布が不均一になり、満足のいく発色が得られない可能性があります。 さらに、調理が不均一になると、食品が食べられなくなります。 オーブンの内部温度の均一性を調査するには、実験研究とコンピューター シミュレーションという 2 つの方法が使用されます。 実験研究には、実際のオーブン内で直接測定および分析できる利点があり、信頼性の高い結果が得られます。 一方、コンピュータシミュレーションは、さまざまな条件を同時にシミュレーションできる貴重なツールです。 したがって、数値シミュレーションはオーブン内の空気流と熱伝達特性の研究に広く適用されています。

現在、オーブンのような装置における熱環境に関する研究がいくつか行われています。 たとえば、Yuan Hon ら 1 は、数値流体力学手法を使用してオーブンの内部温度場の数値シミュレーションを実施し、オーブンの元の構造の不均一な温度場が生じる理由を明らかにし、分析しました。 Lin How Chao ら 2 は、オーブンの内部温度場の分布とオーブンの温度制御システムの方法について詳細に議論しました。 Zheng Jinlong3 は、オーブン内のベーキング トレイの熱分布を研究し、フーリエ熱伝導方程式を使用して、形状が異なるベーキング トレイの熱分布が異なることを説明しました。 Xiang Linlinら4は、測定とCFD数値シミュレーションを通じて、埋め込みオーブンの内部空洞内の温度場の分布状態を研究し、オーブン上部の穴、風量を変更することで温度均一性を改善することを提案しました。ホットファンの速度、加熱チューブの位置、ホットファンの構造、その他の最適化方法。 Wang Jing et al.5 は、食品温度が 171 °C を超えると、対流が支配的な熱伝達方法になることを示し、数値シミュレーションを使用して最適なオーブン モデルを取得しました。 Zhang Lanxin ら 6 は、数値シミュレーションを使用して、さまざまな動作モードの下でオーブン モデルの内部温度場をシミュレーションしました。 研究結果は、既存のオーブンモデルの内部温度場の均一性が、オーブンの構造を改善することによって最適化できることを示しました。 Gu Siyuan ら 7 は、オーブンの 3 次元単純化モデルを確立することにより、内部キャビティの温度分布に対するさまざまな改善策の影響をシミュレーションし、最終的にさまざまな対策を統合することで最適なオーブンのモデルを取得しました。 Yao Jing et al.8 は、オーブンでの食品加熱の問題をメカニズムの観点から分析し、加熱プロセス中のいくつかの典型的な食品形状の熱エネルギー分布を提供し、比較を通じて円が最適な容器の形状であると結論付けました。 。 Li Baoqiang et al.9 は、パイロフィライトオーブンの温度制御のためのファジィ適応 PID に基づく制御方法を提案しました。 ファジィ制御モデルを確立することにより、PIDの3つのパラメータをオンラインで補正しました。 Tian Songtao et al.10 は、元のモデルの各ノズル出口における速度の不均一な分布に対して 4 つの改良された設計を提案しました。 シミュレーション解析により、空気分配チャンバーを台形に設計し、ノズルの配置を三角形に改良したときに最適なシミュレーション効果が達成されると結論付けられました。 本稿では，あるメーカーの組み込み型電気オーブンを研究対象とした。 この種のオーブンの測定データによると、オーブンキャビティ内のさまざまな測定点の最高値と最低値の差が10℃以上に達する可能性があり、食品の焼き品質に影響を与えます。 実際の使用プロセスにおける電気オーブンの性能を向上させるために、この研究では、実験と数値シミュレーションを組み合わせて、オーブンキャビティの温度分布が均一になるように検証しました。