강제 대류 모드에서 오븐의 온도 균일성 최적화에 관한 연구

May 30, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12486(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

다기능 오븐의 온도 분포를 연구하고 오븐의 구조적 매개변수를 최적화하기 위해 내부 온도 균일성이 향상되었습니다. 실험은 두 가지 방법으로 수행되었으며 수치모사를 진행하였다. 13점 분산 열전대를 이용하여 오븐 각 층의 온도장 분포를 실시간으로 측정하였고, 오븐 온도 균일성 지수를 측정 및 분석하였다. 오븐 내부의 온도장은 전산유체역학을 사용하여 수치적으로 시뮬레이션되었습니다. 열전도, 대류, 복사 효과를 각각 조사하여 오븐의 주요 열전달 방식을 알아냈습니다. 또한 온도 측정 테스트를 통해 수치 시뮬레이션 방법의 정확성을 검증합니다. 실험과 시뮬레이션 결과에 따라 오븐의 원래 구조에서 온도장이 고르지 않은 이유가 밝혀지고 분석되었습니다. 오븐 뒷문 구조 변경, 풍량 분포 조정, 공기 배출구 분포 변경 및 기타 조치를 통해 오븐 내부 온도 장의 균일성이 크게 향상되었습니다.

주방용품 시장에서 새로운 디자인 트렌드의 발전은 역동적인 과정입니다. 이는 제조업체가 더욱 발전된 기술을 개발하고 적용해야 함을 의미합니다. 아이디어 구상부터 신제품 출시까지 R&D 주기가 더욱 긴급해집니다. 따라서 사전 연구와 제품 개선에 소요되는 시간도 상대적으로 짧습니다. 이는 점점 더 많은 시간을 들여 실험을 통해 오븐 성능을 검증하는 방식이 오늘날의 새로운 제품 개발 방식에 적응할 수 없음을 보여줍니다. 수치 시뮬레이션을 적용하면 개발자가 개발 프로세스 속도를 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.

국가경제가 발전함에 따라 오븐요리는 국민의 일상생활에서 점점 더 중요한 트렌드로 떠오르고 있습니다. 오븐 내부 온도의 균일성은 제빵 제품의 품질과 밀접한 관련이 있습니다. 내부 온도가 일정하지 않으면 열 분포가 고르지 않아 색상이 불만족스러울 수 있습니다. 더욱이 고르지 못한 조리로 인해 음식을 먹을 수 없게 됩니다. 오븐의 내부 온도 균일성을 조사하기 위해 실험적 연구와 컴퓨터 시뮬레이션이라는 두 가지 방법이 사용됩니다. 실험 연구는 실제 오븐 내에서 직접 측정 및 분석할 수 있어 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 한편, 컴퓨터 시뮬레이션은 다양한 조건을 동시에 시뮬레이션하는 데 유용한 도구입니다. 결과적으로 수치 시뮬레이션은 오븐 내 공기 흐름 및 열 전달 특성 연구에 널리 적용됩니다.

현재 오븐형 장비의 열 환경에 대한 일부 연구가 진행되어 왔습니다. 예를 들어 Yuan Hong et al.1은 전산유체역학 방법을 사용하여 오븐 내부 온도장에 대한 수치 시뮬레이션을 수행하고 오븐 원래 구조의 온도장이 불균일한 이유를 밝히고 분석했습니다. Lin How Chao et al.2는 오븐 내부 온도장의 분포와 오븐 온도 제어 시스템 방법에 대해 심도 있는 논의를 했습니다. Zheng Jinlong3은 오븐 내 베이킹 트레이의 열 분포를 연구하고 푸리에 열전도 방정식을 사용하여 다양한 모양의 베이킹 트레이의 열 분포가 다르다는 것을 설명했습니다. Xiang Linlin et al.4은 측정 및 CFD 수치 시뮬레이션을 통해 임베디드 오븐 내부 캐비티의 온도 장 분포 상태를 연구하고 오븐 상단의 구멍, 바람, 온도 변화를 변경하여 온도 균일성을 향상시키는 방법을 제안했습니다. 뜨거운 팬의 속도, 가열 튜브의 위치, 뜨거운 팬의 구조 및 기타 최적화 방법. Wang Jing et al.5은 식품 온도가 171°C 이상으로 상승하면 대류가 지배적인 열 전달 방법이 되고 수치 시뮬레이션을 사용하여 최적의 오븐 모델을 얻었음을 보여주었습니다. Zhang Lanxin 등6은 수치 시뮬레이션을 통해 다양한 작동 모드에서 오븐 모델의 내부 온도 장을 시뮬레이션했습니다. 연구 결과, 기존 오븐 모델의 내부 온도장의 균일성은 오븐 구조 개선을 통해 최적화될 수 있음을 보여주었다. Gu Siyuan et al.7은 오븐의 3차원 단순화 모델을 구축하여 내부 캐비티 온도 분포에 대한 다양한 개선 조치의 영향을 시뮬레이션하고, 다양한 조치를 통합하여 최종적으로 최적의 오븐 모델을 얻었습니다. Yao Jing et al.8은 오븐에서 음식을 가열하는 문제를 메커니즘 관점에서 분석하고, 가열 과정에서 몇 가지 일반적인 음식 형태의 열에너지 분포를 제공하고, 비교를 통해 원형이 최적의 용기 모양이라고 결론지었습니다. . Li Baoqiang 등9은 납석 오븐의 온도 제어를 위해 퍼지 적응형 PID 기반 제어 방법을 제안했습니다. 퍼지 제어 모델을 구축함으로써 PID의 세 가지 매개변수가 온라인으로 수정되었습니다. Tian Songtao et al.10은 원래 모델의 각 노즐 출구에서 불균등한 속도 분포에 대한 4가지 개선된 설계를 제안했습니다. 시뮬레이션 분석을 통해 공기분배실을 사다리꼴로 설계하고 노즐 배열을 삼각형으로 개선한 경우 최적의 시뮬레이션 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 본 논문은 특정 제조사의 내장형 전기오븐을 연구대상으로 삼았다. 이러한 종류의 오븐의 측정 데이터에 따르면 오븐 캐비티 내 다양한 ​​측정 지점의 최고 값과 최저 값 간의 차이가 10°C 이상에 도달할 수 있으며 이는 식품의 베이킹 품질에 영향을 미칩니다. 실제 사용 과정에서 전기 오븐의 성능을 향상시키기 위해 본 연구에서는 실험과 수치 시뮬레이션을 결합하여 오븐 캐비티의 온도 분포를 검증하여 분포가 균일하도록 했습니다.