空气炸锅改进结构仿真及实验研究.pdf
《空气炸锅改进结构仿真及实验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《空气炸锅改进结构仿真及实验研究.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Articles论文30 家电科技 Vol.4 2023 Issue 423空气炸锅改进结构仿真及实验研究Simulation and experimental research on the improved structure of air fryer陈权明 随晶侠 郑志伟CHEN Quanming SUI Jingxia ZHENG Zhiwei佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 广东佛山 528311 Foshan Shunde District Midea Washing Appliance Manufacturing Co.,Ltd.Foshan 528311摘 要:空气炸锅近年
2、来因其操作简单、安全经济及卫生健康等优点而广受喜爱。其原理是利用高温空气在密闭的炸锅内高速回旋对食物进行加热,但用户为了免清洗而使用一次性油纸,影响了流场均匀性,导致用户在烹饪过程中需要中途翻面。通过在空气炸锅的腔体底部增加发热源来改善用户烹饪中途翻面问题,并应用Fluent软件对空气炸锅的腔体底部温度进行三维数值模拟,获得了腔体底部温度分布情况,分析了发热管均匀盘绕而腔体底部温度分布不均匀的原因,进而对发热管的结构形态改进设计起到一定的指导意义。通过CFD仿真改进及烹饪效果验证得知,增加下发热管,有利于提升底部供热能力,从而达到烹饪中途免翻面效果。关键词:空气炸锅;CFD;温场分析;发热管A
3、bstract:Air fryers have been widely loved in recent years due to their advantages of simple operation,safety,economy,and hygiene.The principle is to use high-temperature air to heat food in a closed frying pan at high speed,but users use disposable oil paper to avoid cleaning,which affects the unifo
4、rmity of the flow field and causes users to flip the surface midway during the cooking process.Improving the problem of flipping during cooking by adding a heat source to the bottom of the chamber of an air fryer,and appling Fluent software to conduct three-dimensional numerical simulation of the te
5、mperature at the bottom of the chamber of the air fryer.The temperature distribution at the bottom of the chamber is obtained,and the reasons for the uneven temperature distribution at the bottom of the chamber when the heating tube is uniformly wound are analyzed.This provides guidance for improvin
6、g the design of the structure of the heating tube.Through CFD simulation improvement and cooking effect verification,it is found that adding a lower heating pipe is beneficial for improving the bottom heating capacity,thereby achieving a mid way flip free effect.Keywords:Air fryer;CFD;Temperature fi
7、eld analysis;Heating tube中图分类号:TS203;TM925.5 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.04.0040 引言煎炸是中国最常见的传统烹饪方式之一,煎炸食品口感外酥里嫩,深受大众喜爱,但其含油量较高,且制作过程会产生大量油烟,对人体健康有害,故亟需一个更健康的烹饪方式来替代。近年来国内兴起的空气炸锅产品就是一种替代选择,其采用高温气体在密闭的炸锅内高速回旋对食物进行加热1-3,使用少量食用油或者不用油即可煎炸美食。空气炸锅通常是顶部加热,通过吹风将热风吹至整个腔体。容易让食物受热不均匀,烤的时候必须勤翻面,与空气炸锅“懒人神器
8、”这一称号有所背离,“不翻面”成为各大品牌进行产品升级的主要方向之一4。针对免翻技术,目前技术研究发展趋势主要是在空气炸锅作者简介:陈权明,学士学位。研究方向:蒸烤炸性能技术。地址:广东省佛山市顺德区北滘镇工业大道美的全球创新中心。E-mail:。空载的情况下进行立体流场均匀性改进。例如结合CFD数值模拟空气炸锅内流体情况,揭示空气炸锅内部的流场运动规律与旋涡结构的产生和发展过程5。通过双内胆独立风道及底部扰流结构把上发热管的部分热量导流到腔体底部,对食材下表面进行对流加热,从而达到上、下面同时受热的效果。但在实际使用过程中,由于炸网沾上油污后比较难清洗,用户通常会在炸网和食材之间铺一层锡纸或
9、一次性油纸来达到易清洁的目的,但这种方式会影响底部热风的加热效果,使得食材上、下面的烹饪效果变差,用户仍然需要在烹饪过程中人为翻动食材以改善上、下面的受热均匀性,增加用户烹饪的复杂度。故现有的技术研究未能真正解决用户复杂场景下的翻面问题。本文旨在通过在空气炸锅的腔体底部增加下发热源,增强底部Articles论文 31家电科技 Vol.4 2023 Issue 423的传热能力,从而实现在无需人为翻面的情况下,达到食材上、下面受热均匀性良好的效果。首先,对传统型式的发热管进行计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真模拟;然后,基于仿真的温场分布,对发热
10、管形态进行改进设计;最后,对最优的设计方案进行烹饪效果的实验验证。1 研究对象及控制方程1.1 研究对象模型处理及基本假设随着计算机能力的发展,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)被越来越广泛地应用于各个领域,例如空气炸锅对流换热、烤箱热场模拟设计等6-9。本研究采用CFD方法对空气炸锅腔体底部温场进行模拟分析,可以直观看到腔体底部温度分布情况,可对底部发热管的结构形态改进设计提供参考和借鉴,减少金属发热管打样试错次数,缩短设计周期,降低研发成本。本文主要研究通过在空气炸锅的腔体底部增加下发热管,来提升腔体底部的热均匀性,如图1 a)空气炸锅示意图所
11、示,核心结构包括以下几个部分:门体、不锈钢锅体、上下不锈钢发热管、腔体及热风组件部分,本研究仅进行底部发热管单因子对温场的影响研究,未考虑流场耦合因素,故为减少网格数量提升仿真效率,可以把顶部发热管及热风组件直接去除以简化结构模型。如图1 b)简化模型所示,其中锅内及腔体区域设置为流体域,锅体及下发热管设置为固体域。实际过程中其内部存在复杂化的传热过程,例如高温气体对食材的传热过程、高温气体与固体壁面传热过程,固体壁面与保温棉传热过程,保温棉与外部空气传热过程,以及固体壁面、上发热管对食材热传导和热辐射等过程。考虑到文章的研究重点,本文主要针对腔体底部温度均匀性改进进行模拟计算,故进行以下说明
12、及假设:(1)固体壁面仅作为壁面,在计算过程中无任何物理特性变化;(2)模型去除保温棉,通过实测锅底与仿真的温度偏差来调节设置腔体壁面导热系数;(3)不考虑食材实际烹饪中相变换热过程。1.2 CFD 基本控制方案在数值模拟中,对于对流换热可以运用动量守恒定律、质量守恒定律以及能量守恒定律进行描述。然后借助数学方程对具体的定律进行表述,生成相应的动量方程、连续性方程以及相应的能量方程10-11。(1)动量守恒方程给定物体边界的流动概况,其微分表达式为:(1)(2)连续性方程连续性方程也被称为质量守恒方程,表述为特定环境下,单位时间内产生的流体微元质量流入和流出趋于恒定。其表达式为:(2)(3)能
13、量守恒方程对流换热过程中发生热量的传递与交换,根据温度变化获取能量守恒方程,其表达式为:(3)上述表达式中,为单位时间密闭空间的密度;t为单位时间密闭空间的具体时间;为速度矢量;p为特定环境中相应的流体微体压力;xx、yx、zx为粘性应力;Fx、Fy、Fz为微元体所受的体积力在三个坐标轴方向的投影;k为导热系数;cp为比热容;T为温度;ST为内热源。使用CFD对空气炸锅温场计算到达稳态时进行分析,故上述方程 a)空气炸锅核心零部件示意图 b)简化模型图1 模型简化处理Articles论文32 家电科技 Vol.4 2023 Issue 423中t=0。2 网格划分及计算模型2.1 空气炸锅网格
14、划分采用Meshing对计算域进行网格划分,如图2 a)空气炸锅计算域中的整体网格剖视图所示,由于存在腔体的薄壁以及下发热管的曲面,故需通过proximity and curvature进行定义。如图2 b)腔体及下发热管局部放大图中所示,当腔体网格最小尺寸为0.6 mm,薄壁狭缝层数为1,下发热管曲率控制36,渐变率为1.2时,能满足对腔体及下发热管固体域进行局部加密处理,提高仿真精度,同时尽可能减少计算量,缩短仿真时长。a)整体网格剖视图 b)腔体及下发热管局部放大图图2 空气炸锅计算域网格图2.2 计算模型确认综合考虑腔体内传热机理、计算精度和效率等各方面因素,选择k-模型。空气炸锅运行
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 空气 炸锅 改进 结构 仿真 实验 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。