强制对流烤箱流动与结构优化

摘要

烤箱作为一种便捷的厨房电器，在我国已逐渐得到普及，如何进一步改善烤箱内部温度均匀性一直是国内外生产企业努力追求的目标。解决内部温度不均匀和局部热堆积问题是当前烤箱领域研究的重点问题之一，其手段包括引入强制对流结构和加热管结构优化等等。特别对于采用强制对流加热的烤箱，热风循环结构设计及温度均匀性评估是关键问题。本文围绕该问题，以某强制对流烤箱为研究对象，对其内部流动和温度分布进行数值模拟和试验研究，对其温度均匀性进行评估，最终以温度均匀性为目标进行该烤箱的结构优化设计和试验验证。 首先，本文介绍了强制对流烤箱的结构和流动传热原理。其内部由三层加热管和循环风扇组成，形成了3D热风循环系统，实现对流换热和辐射换热结合的传热方式，让烘烤更加均匀、彻底、迅速。 其次，基于CFD数值模拟研究烤箱内部流动和传热特性，重点分析烤箱内部空间流线分布和温度分布的均匀性。试验和模拟发现原烤箱温度分布不均匀现象及其原因，即原烤箱热风循环流动上存在的大尺度漩涡破坏了对流传热效果。 从消除烤箱内部热风循环流动的大尺度漩涡来提升温度均匀性的角度出发，提出了径向导叶、栅格型挡风板、新型格栅等三种风道结构及其优化结构方案。结果显示新型20度栅格型挡风板结构烤箱内腔温度分布均匀性得到了极大的改善，内部温度偏差从4.63℃降到了1.81℃。在此基础上，设计了两种双风扇结构方案来解决单风扇旋转引起的偏向性问题，模拟结果表明其可以进一步改善烤箱温度均匀性。 最后，对改进前和改进后的强制对流烤箱样机进行试验分析，分析了热风循环结构对烤箱内部温度均匀性的影响，验证了强制对流烤箱的改进效果。 论文针对某强制对流烤箱的优化设计在改善温度均匀性上取得了显著效果，已成功用于烤箱新产品并推向市场。研究结果表明，改进热风循环结构是改善强制对流烤箱内部温度均匀性的有效手段，研究成果对厨具行业具有应用价值。

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