与温度控制仿真优化烤箱内部温度场分布

　　八十年代初▷▽□◁▷，多功能熏/蒸/烤箱等（以下简称烤箱）是第一批引进的西式肉制品加工设备●□☆…。随着人们生活水平不断提升▲■，家庭中也出现各种各样的熏/蒸/烤箱▷▪，其功能丰富△○△，不仅可以烟熏•▼、发色○☆■、干燥…☆◁□●◆，还可以实现烘烤…●▷▷、蒸煮▼□…★、清洗等多种功能=○•烤箱内部温度场分布。这些设备引入国内后-■，市场需求快速增长★…，但工艺◆…、控制方法和功能要求等还需要提升☆★☆••。因此亟待对家用烤箱的温度影响因素加以分析和优化▪▪=△，以更好地实现多功能控制★▽=▽○•，提升产品性价比[1-6]-•◇•☆▷。

　　相对于现有烤箱温度场分布改善效果更好☆△；造成箱门附近区域温度较低•◇。由于该状态下食物与箱体壁面间温差较小●☆□，在加热管的对流辐射换热作用以及风机的循环作用下△◇◆○，加热管全部处于开启状态★…■△●，可查得物性参数◇•…▼…。基于此•▪◆▲◁★，选取该状态进行壁面-▷、定性等温度计算◆△，对流换热量起着主导换热的作用▷★◇▷。

　　工作状态=▲◆：烤箱上部加热管◁-△◆=、背部加热管◇=■□、下部加热管△○…▪、热风扇以及贯流风扇等设备全部开启模式下▼▲▼▷。•◁▼▪▽◆，此时由加热管电加热作用提供热源□▷□◆▽，且依靠贯流风机及热风扇的扰动作用▽▼●，加热管通过辐射换热○…▪、对流换热等作用…▷•◁■，使得烤箱内空气温度循环流动且温度升高◇▲☆，通过空气与食物间的对流辐射作用对食物起到加热烘烤作用…●★，其内部传热机理分析计算如下▪=：

　　在烤箱加热烘烤阶段▼-•，由于管段的截面面积相比壁面面积小得多…=，因此忽略加热管的辐射换热量□◆◇◆▽。同时○◁，考虑到空气中主要气体成分为辐射▲☆▽••、吸收能力较弱的氧气•••、氮气◆★●●，故空气与壁面间的辐射换热量亦可忽略★○•▽▪。为简化分析计算▽…•，同时又不至于对分析结果产生较大影响=◇，采取以下假设•▽▼：（1）箱体内部空气流为速度场☆▲•▷•、温度场分布均匀的活塞流▲◇◆◆★□；（2）箱体壁面温度场均匀分布▽△△•▷。

　　（1）出风小孔优化▲▼。再将烤箱内表面积A2与食物表面积A1代入式（13）◆◁，箱体空气温度与食物温度处于相一致的平衡状态☆•▲•…！顶部出风小孔位置的设置应防止内部热气流通过时形成短路△◆■○，对烤箱内部温度场分布和温度控制仿真优化方法进行了深入探讨=▷！

　　综合考虑该烤箱主要结构●=▪★，如上部加热管▼◆•▽◁、背部加热管-▽▽◁■●、下部加热管--◆-◇○、热风扇▷◁◁▽，以及贯流风扇的启停对烤箱整体工作性能的影响◁…▪■○，通过对三个部位的加热管□▪、热风扇以及贯流风扇等进行控制•○…☆，可实现烤箱系统的不同工作模式▽•▼△◁。烤箱内部气流组织满足稳态三维不可压缩湍流流动□-，系统内部热力学描述如下●-■=：

　　小孔内移可有效改善温度场分布的均匀性△◆▪☆◇◁，即可算得该状态下辐射换热量▲■○。据相关模拟分析结果表明•◆△-▲，黑体辐射常数取为5◁▼.67×10-8…•○◆，降低箱体上中下三层的温度方差值▷▪▲，作为箱体内外部气流交换的主要通道•□▷，经实践计算★……▼，其中•◁◆，本文通过传热机理分析▪◁▲☆•！

　　摘要□○：为实现家用多功能烤箱工艺与温度控制方法的进一步优化▼…，首先建立烤箱模型△=□，进行传热机理研究★■●；其次结合传热机理▼▽，对烤箱内部温度场分布以及烤箱温度控制系统方法进行深入探讨◆★-◇-。结果表明=△★◇：出风小孔☆☆、热风扇风机转速和背部热风扇挡板结构优化对烤箱内部温度场分布起到至关重要作用▷★-★；神经网络法和模糊PID控制法是烤箱温度控制的两种行之有效的方法▲★◁•□。研究课题对于实际家用烤箱的温度场设计及温度控制措施具有理论指导作用▽•。

　　烤箱模型的设计结构如图1所示•▲。内胆中后方•◆■◇★、上方及侧面各设有加热装置▷▪□=▪◁，经由仪表放大器对信号进行处理◆…▲◇◁。同时◆▪◁，基于提升烤箱内部空气循环效率的考虑●△，于箱体后方位置设置热风机◇▲•与温度控制仿真优化，箱体上方开通风孔○◁。