影响烤箱内腔温度场均匀性的关键因素分析

　　摘 要：烤箱现在的家庭生活当中使用率越来越高，而烤箱的关键指标就是烤箱内的温度分布是否均匀。如果烤箱内温度不均匀，那么烤出来的食物必然会失去它的美味。本文通过对烤箱内部影响温度场均匀性的关键因素进行实验，并对相关结果进行分析，希望能够在最普通的条件下改变烤箱内部的一些结构，使得烤箱内腔温度场均匀性得到大大提高。

　　关键词：烤箱温度；均匀性；关键因素

　　现在人们的生活水平不断提高，烤箱也在人们的日常生活中得到广泛的应用[1]。烤箱内部的温度均匀性直接影响着烘烤食物的效果，如果烤箱内部的温度不均匀，那么烤出的食物就会冷热不均、生熟不均，不但影响着食物的口感，甚至会影响人们的身体健康[2]。一般研究烤箱温度场都有两种方法，实验方法和计算机方法。本文主要采用实验方法，对烤箱内温度场进行实际分析，结果可靠。如果采用计算机方法，花费少、速度快，可以模拟很多种不同的情况，但是不能测量实际情况[3]。

　　一、烤箱模型的建立

　　针对现有的烤箱，笔者先对内腔进行了实际的测量。由于没有实际的数据，所以采用Fluent软件先对模型的温度进行了模拟，然后再实际地进行测量，来验证模型的可靠性。首先在烤箱的下、中、上分别布置9个监测点，采用温度计的方式对温度进行测量，并且用温度记录仪记录下温度数值，温度精度为0.1℃。每隔2s记录一次数据，最后计算机得到的数据是 267℃。用温度记录仪得到的数据是253℃，误差符合标准要求，烤箱模型的建立完成[4]。由于烤箱内热气流有可能通过小孔的时候形成短路，门附近会出现低温区，所以我们对小孔的位置进行分析。

　　二、影响烤箱内温度场均匀性的关键因素分析

　　对流和辐射量部分影响着烤箱内部的热量传送，同时质量方面应对烤箱内部温度有着重要影响。

　　（一）小孔

　　小孔对于烤箱内的温度场均匀性的影响比较明显，要比周围的温度高一些。因为可以使外界的气流和烤箱内部的气流交换，并且在小孔的周围存在低温区，使得烤箱内部温度场不均匀。

　　（二）热风扇

　　烤箱内部有一个热风扇，起着引导烤箱内部气流地作用。烤箱内部气流可以带走热量，而热风扇所产生的气流可以使得烤箱内部气流均匀流通，增加烤箱内部温度场的均匀性。如果风扇的转速不快，那么也会影响着烤箱内部温度场均匀性。

　　（三）加热管

　　加热管是烤箱最重要的部件，它直接影响着烤箱内部的温度，正是由于它的辐射，才可以烘烤食物，使食物加热得更加均匀。由于加热管是核心部件，所以我们考虑通过改变它们的位置和加热程度，期待烤箱内部的温度场可以更加均匀。

　　（四）盖板

　　盖板的左右都有一个进风口，这个进风口可以在烤箱内部产生涡流，并和外界的气体交换。现有的烤箱盖板也会导致烤箱内部出现涡流，使烤箱内部温度不均，所以笔者考虑通过改变盖板的结构，使得烤箱内部的涡流更加均匀，从而达到使烤箱内部温度场更加均匀的目的。

　　三、具体实验

　　根据对以上几个重要因素的分析，是我们可以针对性地研究烤箱内部温度场均匀性。。

　　（一）增加小孔数量

　　小孔对于烤箱内部温度有着重要影响，因此考虑增加小孔的数量改变小孔进出风的风速。如何均匀地改变烤箱内部的温度，在设计小孔位置得时候要考虑空间的均匀性。笔者在烤箱的左、右、后各弄了一个小孔，和前面的小孔在空间上形成对称性。通过实验得知，在原来的小孔两边各增加一个一摸一样的小孔时，烤箱内部可以获得较好的温度均匀性，但是烤箱整体的温度均匀性还是不够，在靠近门的地方仍然有局部的低温区。

　　（二）改变风扇的转速

　　烤箱内部的热风扇对烤箱内部的气流循环起的重要的作用，并且在一定程度上调节着烤箱内部的温度场。所以，笔者考虑改变烤箱内部风扇的旋转速度来调节烤箱内部的温度场。

　　但是通过实际的实验得知，改变风扇的转速对温度场的实际作用并不明显，有的时候甚至会导致温度场更加的不均匀。但是总体来说，改变风扇的转速可以增加温度场的均匀性，但是如果随意地增加风扇的转速，那么只会导致温度场更加的不均匀。

　　（三）改变加热管的位置

　　烤箱之所以可以加热食物，最关键的部件就是加热管。所以笔者考虑改变加热管的位置，从根本上改变烤箱内部的温度场，期待可以使温度场更加均匀。

　　加热管一共有三根，分别在上、中、下三个位置，笔者将上、下两个加热管分别向外移动30 mm，发现改善的效果并不明显。但是，门附近的低温区得到明显改善，门附近的温度变得更加均匀，除此之外，没有明显的改善效果，在烤箱的上部，温度的差异还是很大。

　　（四）改变盖板的结构

　　盖板的左右两侧是烤箱的进风口，而盖板结构的改变主要涉及两个方面，一是将盖板的四周设置成缓斜坡，以改善其周围的气流分布；二是将原有的盖板按照比例增大，进风口依然对于改版的左右两侧，尺寸仍然也是按比例增大。

　　通过实验发现，第一种方法可以是烤箱内部的温度场均匀性得到很好的改变，但是仅仅是在局部，要想使烤箱内部整体的温度趋于均匀，必须加以其他措施。而第二种方法并不能很好地改善烤箱内部温度的均匀性，所以在后面的研究当中将不予考虑。

　　四、优化烤箱的温度场

　　通过以上的试验分析，我们发现如果增加烤箱内部的小孔，并且增加风扇的旋转速度，可以获得很好的温度场。具体的操作办法是将小孔内移50mm，并且将风扇的速度调整至2m/s。此时烤箱内部的温度场最为均匀。温度的波动范围在±1.5℃左右，可以说这种波动范围特别的小，达到了先进水平。这种改变可以使烤箱的温度更加均匀，能够更好地控制烤箱内食物的温度。通过和计算机模拟进行比对，发现结果差别不大，比较改变之前的烤箱，温度场的均匀性得到了有效的改善。

　　五、结论

　　本文通过对烤箱内部影响温度场均匀性的措施，在现有的烤箱基础上考虑了包括改变小孔位置、增加小孔数量、改变风扇速度、改变加热管位置、改变盖板结构等措施，最终结合各种措施的优点选择了一个最优的模型。其主要结论如下：

　　第一，顶部的小孔向内移动50mm左右可以很好地改变温度场，在原有的小孔两边各增加一个一摸一样的小孔，同样可以改善内部温度场的均匀性，但是效果不明显。

　　第二，改变风扇的速度并不能很好地改善烤箱内部温度的均匀性，如果随意地增加风扇的速度，不但不会使内部均匀性得到改善，反而会使温度场的均匀性恶化，但总体来说，烤箱内温度随着风扇的速度地增加而均匀。

　　第三，虽然加热管是烤箱的核心部件，但是加热管对烤箱内部的温度场均匀性效果有限。

　　第四，盖板的结构改变可以很好地获得温度的均匀性，但不能按比例放大，应该将盖板的四周该变成缓斜坡，以便气流更好地进行交换，使烤箱获得良好的温度均匀性。

　　故综上所述，对抗向进行综合优化，使小孔向内移动50 mm并适当地增加风扇的速度达到2m/s，并对盖板的结构进行优化，四周改变成缓斜坡，这样会使得烤箱内部温度得均匀性得到良好的改善，使烤箱达到先进水平。

　　参考文献

　　[1] 顾思源，刘东，项琳琳等.影响烤箱内腔温度场均匀性的关键因素分析[J].建筑热能通风空调，2015，34（2）：54-58.

　　[2] 许秀玲.基于神经元逆模型的烤箱温度控制研究[J].现代电子技术，2010，33（5）：112-114.

　　[3] 田松涛，高振江.基于Fluent的气体射流冲击烤箱气流分配室改进设计[J].现代食品科技，2009，25（6）：612-616.