Etude sur l'optimisation de l'uniformité de la température dans le four en mode convection forcée

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12486 (2023) Citer cet article

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Afin d'étudier la répartition de la température dans un four multifonctionnel et d'optimiser les paramètres structurels du four, l'uniformité interne de la température a été améliorée. Le test a été réalisé et la simulation numérique a été réalisée de deux manières. La répartition du champ de température dans chaque couche de fours a été mesurée en temps réel à l'aide d'un thermocouple distribué à 13 points, et l'indice d'uniformité de la température du four a été mesuré et analysé. Le champ de température à l’intérieur du four a été simulé numériquement à l’aide de la dynamique des fluides computationnelle. J'ai étudié respectivement les effets de conduction thermique, de convection et de rayonnement et découvert le principal mode de transfert de chaleur du four. Ensuite, grâce au test de mesure de la température, vérifiez l’exactitude de la méthode de simulation numérique. Selon les résultats de l'expérience et de la simulation, la raison du champ de température inégal dans la structure originale du four a été révélée et analysée. En modifiant la structure du hayon du four, en ajustant la répartition du volume d'air, en modifiant la répartition de la sortie d'air et d'autres mesures, améliorant considérablement l'uniformité du champ de température à l'intérieur du four.

Le développement de nouvelles tendances en matière de design sur le marché des ustensiles de cuisine est un processus dynamique, ce qui signifie que les fabricants doivent développer et appliquer des technologies plus avancées. De l’idée à la mise sur le marché d’un nouveau produit, le cycle de R&D devient plus urgent. Par conséquent, le temps restant pour la pré-recherche et l’amélioration du produit est également relativement court. Cela montre que la méthode qui prend plus de temps pour vérifier les performances du four par l'expérimentation ne peut progressivement pas s'adapter au nouveau mode de développement de produits d'aujourd'hui. L'application de la simulation numérique peut aider les développeurs à accélérer le processus de développement.

Avec le développement de l'économie nationale, la cuisson au four est devenue une tendance de plus en plus importante dans la vie quotidienne des gens. L'uniformité de la température interne du four est étroitement associée à la qualité des produits de boulangerie. Des températures internes non uniformes peuvent entraîner une répartition inégale de la chaleur, conduisant à une coloration insatisfaisante. De plus, une cuisson inégale rend les aliments immangeables. Deux méthodes sont utilisées pour étudier l'uniformité de la température interne des fours : la recherche expérimentale et la simulation informatique. La recherche expérimentale offre l’avantage d’une mesure et d’une analyse directes dans des fours réels, donnant des résultats fiables. Parallèlement, la simulation informatique constitue un outil précieux pour simuler simultanément diverses conditions. Par conséquent, la simulation numérique est largement appliquée à l’étude des caractéristiques de flux d’air et de transfert de chaleur dans les fours.

À l'heure actuelle, des recherches ont été menées sur l'environnement thermique des équipements de type four. Par exemple, Yuan Hong et al.1 ont utilisé la méthode informatique de la dynamique des fluides pour effectuer une simulation numérique du champ de température interne du four, et ont révélé et analysé les raisons du champ de température non uniforme de la structure d'origine du four. Lin How Chao et al.2 ont mené une discussion approfondie sur la répartition du champ de température interne du four et sur la méthode de contrôle de la température du four. Zheng Jinlong3 a étudié la répartition de la chaleur des plaques de cuisson dans le four et a utilisé l'équation de conduction thermique de Fourier pour expliquer que la répartition de la chaleur des plaques de cuisson de différentes formes est différente. Grâce à des mesures et à une simulation numérique CFD, Xiang Linlin et al.4 ont étudié l'état de distribution du champ de température dans la cavité interne d'un four encastré et ont proposé d'améliorer l'uniformité de la température en modifiant le trou dans le haut du four, le vent vitesse du ventilateur chaud, position du tube chauffant, structure du ventilateur chaud et autres méthodes d'optimisation. Wang Jing et al.5 ont montré que lorsque la température des aliments dépassait 171 °C, la convection devenait la méthode de transfert de chaleur dominante et obtenaient un modèle de four optimal en utilisant la simulation numérique. Zhang Lanxin et al.6 ont simulé le champ de température interne du modèle de four sous différents modes de fonctionnement au moyen d'une simulation numérique. Les résultats de la recherche ont montré que l'uniformité du champ de température interne du modèle de four existant pouvait être optimisée en améliorant la structure du four. Gu Siyuan et al.7 ont simulé l'influence de diverses mesures d'amélioration sur la répartition de la température dans la cavité interne en établissant un modèle de four simplifié en trois dimensions, et ont finalement obtenu le modèle de four optimal en intégrant diverses mesures. Yao Jing et al.8 ont analysé le problème du chauffage des aliments dans le four du point de vue du mécanisme, ont fourni la répartition de l'énergie thermique de plusieurs formes typiques d'aliments pendant le processus de chauffage et ont conclu que le cercle était la forme optimale du récipient par comparaison. . Li Baoqiang et al.9 ont proposé une méthode de contrôle basée sur un PID adaptatif flou pour le contrôle de la température du four à pyrophyllite. En établissant un modèle de contrôle flou, les trois paramètres du PID ont été corrigés en ligne. Tian Songtao et al.10 ont proposé quatre conceptions améliorées pour la répartition inégale de la vitesse à chaque sortie de buse dans le modèle original. Grâce à l'analyse de simulation, il a été conclu que l'effet de simulation optimal était obtenu lorsque la chambre de distribution d'air était conçue sous forme de trapèze et que la disposition des buses était améliorée pour être triangulaire. Cet article prend le four électrique intégré d'un certain fabricant comme objet de recherche. Selon les données mesurées de ce type de four, la différence entre la valeur la plus élevée et la valeur la plus basse des différents points de mesure dans la cavité du four peut atteindre 10 °C ou plus, ce qui affectera la qualité de cuisson des aliments. Afin d'améliorer les performances du four électrique dans le processus d'utilisation réel, cette étude, grâce à la combinaison d'expériences et de simulation numérique, vérifie la répartition de la température dans la cavité du four, de sorte que la répartition soit uniforme.