烤箱温度均匀性研究概述

王伯燕

国外烤箱研究现状

1905年，美国GE公司设计出了世界第一台电烤箱，其他企业开始争相效仿，力争研究具有不同特色的电烤箱产品。就当前而言，研究烤箱腔体内部温度均匀性控制的方法主要有两种，一是试验测试，二是数值模拟。对于试验测试法，需要投入大量的资金来制造测试样品，而且研究周期长；对于数值模拟法，经济成本较低，研究周期短，还能对不同环境下电烤箱的工况进行准确的模拟分析，因此在电烤箱腔体温度均匀性研究中得到广泛的应用。

Emine等人基于数值模拟方法，研究测定了辐射壁式烤炉烤制的裹粉鸡块和非裹粉鸡块的品质特性，通过与常规烤炉烤制和深脂烤炉烤制的样品进行对比分析，分析结果表明辐射式壁炉能有效降低鸡块的脂肪含量。Isik等人研究了电烤箱表面的热辐射特性。试验对高反射率（涂黑）、低发射率和混合发射率三种不同表明发射组合进行了研究和分析，比较了三种不同模型烤箱的能耗和烘烤时间。试验结果表明，混合发射率模型有最高的热辐射量和最小的热损失。Uro？等人在研究过程中建立了包含热对流和热辐射的三维数值模型，提出了改善强制对流电烤箱烘焙性能的方案，借助烘焙食物的褐变程度与烤箱腔体温度均匀性之间的对应关系进行分析比较，发现烤箱腔体内温度与食物的褐变呈线性相关。Seo等人在研究中发现以往的研究虽然已经建立了分析面包烘烤过程的CFD模型，但在評价面包褐变的分析方面存在不足。Ramirez等人提出了一种新的电烤箱传热传质模型，并对其内部负载进行了分析。同时还建立了一个估算热负载水份蒸发速率的计算公式，将其集成到模型中，让传热和传质现象互相关联。对不同烘焙方法进行了仿真和试验，给出了能量和功率随时间的分布关系。IsIeroglu等人使用COMSOL Multiphysics软件模拟了蒸汽辅助混合炉烹饪过程中的传热传质过程。对蒸汽辅助混合炉的温度和水份分布进行了位置和时间关系的预测，并与试验结果进行了比较，预测结果与试验结果比较验证得出，模型可用于预测蒸汽辅助混合炉的蒸煮时间。Kokoli等人介绍了一种时变三维计算流体动力学模型，该模型可以对强制对流烤箱的烘烤性能和褐变等级进行数值预测。模拟了风扇和加热元件同时工作时烤箱腔体内热空气的流动和传热。通过分析发现，在模型中加入水份的蒸发是必要的，通过对温度的试验测量和酥饼烘烤试验，验证了数值模型的正确性。Ciarmiello等人介绍了一种新型的那不勒斯披萨烤炉的热环境数值研究。建立了一个基于有限体积法的三维数值模型来模拟非稳态和稳态工况。模拟烤箱的热辐射和热对流的边界效应，同时考虑了内壁的热辐射效应，结果表明电烤箱考出的披萨饼品质较好。

国内烤箱研究现状

与国外相比，国内针对烤箱的研究起步较晚，研究也比国外少。庄江婷等人选择工业烟草烘箱，开展了相关的数值模拟，对烘箱内存在的压力场以及对应的速度场进行分析，制定了有效的改善方法，实现对烘箱内烟草干燥均匀度的提升。刘畅等人基于偏微分方程对多样化形状烤箱应用过程中面包形状的选择进行了深入分析和研究，希望可以获取能避免烤糊现象的最优面包形状。姚靖等人借助MATLAB软件对电烤箱内部温度存在温度场的计算结果进行求解，对正在加热过程中的食物热分布状况进行了分析和比对，得出结论，圆形容器的面包形状能够更大化避免烤糊的发生。张蓝心等人基于差异化的运行模式出发，研究和论述了电烤箱腔体内温度场变化的情况，对烤箱内部盖板进行了结构调整，对风扇转速进行了合理的设置，实现了烤箱内部温度场均匀性的提升。王璟等人对烤箱腔体内不同环境下的传热机理进行了深入研究和分析，借助热量交换的计算，明确了有效的换热方式。李海运基于烤箱内部空气流动和热分布情况进行研究和试验，通过CFD数值模拟分析对烤箱内部结构进行调整和改进，有效地改善了烤箱内部温度均匀性。

结语

就当前研究成果进行分析可知，国内针对烤箱改进开展的研究，大都侧重于加热管功率的提升、风扇转速的加快或是对排气口位置的优化等，对影响烤箱内部温度均匀性的研究较少。虽然现在烤箱研发不仅研究烤箱墙体内温度均匀性，还会考虑食物烘焙效果，但如何将烤箱腔体内温度分布与烘焙效果同步用于烤箱温度均匀性提升和优化仍然需要持续地研究与探索。烤箱内部温度分布的研究还应考虑温度控制过程，充分地利用PID控温、神经网络等先进的控温技术提升烤箱控温效果及内部温度均匀性。目前烘焙褐变效果可以通过数字化的测试手段实现，但是食物口感主要靠测试人员的主观评价，数字化及重复性高的测试手段也是一个重要的研究课题。