IH電飯煲烹飪過程溫度分布均勻性研究

孔進(jìn)喜 王江南 梅江 張力文

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

近幾年來，電磁感應(yīng)加熱技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，因其具有節(jié)能、環(huán)保、可控性強(qiáng)及加熱效率高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[1-3]。相比與發(fā)熱盤式的電飯煲而言，IH電飯煲主要是由鍋體的單層或者多層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在交變磁場中感生出渦流而產(chǎn)生熱量，并將熱量直接傳遞給鍋內(nèi)的水和大米，提高了電飯煲的加熱效率。煮飯過程中為使上中下三層米飯的口感無差異，要求對(duì)米飯整體進(jìn)行均勻加熱，所以對(duì)在煮飯過程中鍋體內(nèi)部的溫度分布均勻性及其影響因素的研究是十分必要的。目前，研究煮飯過程中鍋體內(nèi)部溫度分布均勻性方面的所做研究較少。故本文通過對(duì)煮飯過程中IH電飯煲鍋內(nèi)的溫度分布均勻性進(jìn)行研究，并通過調(diào)整底部勵(lì)磁線圈位置分析其對(duì)溫度分布均勻性的影響。本研究旨在能夠在一定程度上為國內(nèi)電飯煲行業(yè)提供電磁加熱技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，并以此來增強(qiáng)國內(nèi)電飯煲行業(yè)在國際市場的競爭力。

1 實(shí)驗(yàn)方法及原理

1.1 變異系數(shù)的理論基礎(chǔ)

變異系數(shù)是衡量標(biāo)志值離散的特征參數(shù)之一，可以用來描述數(shù)據(jù)的均勻性程度，并且其消除了量綱和(或)平均數(shù)不同對(duì)兩個(gè)或多個(gè)樣本變異程度比較的影響。電飯煲在蒸煮過程中，鍋體內(nèi)部的溫度分布是不均勻的，并且隨著時(shí)間變化以及底部勵(lì)磁線圈位置的不同會(huì)造成鍋體內(nèi)各個(gè)區(qū)域的溫度均值不同。故使用變異系數(shù)來定量分析電飯煲鍋體內(nèi)部溫度的不均勻程度會(huì)更加準(zhǔn)確。變異系數(shù)記為C.V，為標(biāo)準(zhǔn)差σ與平均數(shù)a的比值，其計(jì)算公式如下：

由于變異系數(shù)可以作為不均勻程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其值的大小與不均勻程度成正比關(guān)系，故對(duì)本文而言，變異系數(shù)越小，表明鍋內(nèi)溫度分布的越均勻。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用如表1所示實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中線圈材質(zhì)為純銅，底部與R角處線圈為串聯(lián)關(guān)系，保證底部與R角線圈的交變電流一致，排除了額外因素的干擾。取如圖1所示的溫度測試點(diǎn)對(duì)鍋內(nèi)溫度分布進(jìn)行測量，溫度采集儀器為安捷倫34970A。研究底部勵(lì)磁線圈位置對(duì)鍋內(nèi)溫度分布的影響，本文通過調(diào)整底部勵(lì)磁線圈內(nèi)圓邊界處與線盤中心距離d來達(dá)到控制底部勵(lì)磁線圈位置的目的，其具體參數(shù)如表2所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鍋內(nèi)的溫度分布均勻性

圖2為當(dāng)?shù)撞烤€圈位置為①時(shí)，各測試點(diǎn)的溫度曲線圖，圖3為鍋體內(nèi)部各測試點(diǎn)溫度變異系數(shù)隨時(shí)間變化的曲線圖，從圖中可知，隨著時(shí)間的改變，其變異系數(shù)的整體趨勢為先增大后減小，在加熱階段中期變異系數(shù)取得最大值，其值為0.18，鍋內(nèi)的溫度分布的不均勻程度也符合這一趨勢，圖2中所示也證明這一點(diǎn)，加熱開始時(shí)，各測試點(diǎn)溫度離散度較小，隨著時(shí)間推移離散度先增大后減小，這與變異系數(shù)的變化趨勢一致。在煮飯過程中，鍋體內(nèi)部的溫度分布不均勻程度也將，在加熱開始時(shí)，內(nèi)鍋產(chǎn)熱量不高，再加上熱傳遞的影響，鍋體內(nèi)部溫度上升不明顯，但是當(dāng)功率加大，內(nèi)鍋因交變磁場作用開始急劇產(chǎn)熱，鍋體內(nèi)部發(fā)生熱量的交換以及傳遞，促使鍋體內(nèi)部的水產(chǎn)生對(duì)流（溫度高的水上升，溫度低的水下降，并帶動(dòng)米粒運(yùn)動(dòng)），這種的對(duì)流的快慢直接影響鍋內(nèi)的溫度分布均勻性。

2.2 底部線圈位置對(duì)鍋內(nèi)溫度分布均勻性的影響

通過改變底部勵(lì)磁線圈位置來分析其對(duì)鍋體內(nèi)部溫度分布均勻性的影響，圖4和5分別為底部線圈位置處于②和③時(shí)各溫度測試點(diǎn)的溫度曲線，圖6為三種線圈位置所對(duì)應(yīng)的溫度變異系數(shù)曲線圖，從圖中可知，底部線圈無論處于何種位置，其變異系數(shù)曲線與2.1中所述具有相同的變化趨勢。從整體上對(duì)比分析底部線圈位置為①、②和③的變異系數(shù)曲線來說，當(dāng)線圈處于位置②時(shí)，其溫度的變異系數(shù)在整個(gè)烹飪過程中具有相對(duì)較低的數(shù)值，這是由于當(dāng)線圈處于此位置時(shí)，相對(duì)內(nèi)鍋而言，其熱量集中區(qū)域相對(duì)靠近內(nèi)鍋的中部區(qū)域略靠外側(cè)的位置，此時(shí)內(nèi)鍋中心部位及最外側(cè)部分的熱傳導(dǎo)較均勻，鍋內(nèi)的熱對(duì)流過程較快，從而在烹飪過程中鍋內(nèi)溫度均勻性較好，而從溫度曲線上的比較也能驗(yàn)證這一點(diǎn)。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步表明采用變異系數(shù)來量化表征鍋內(nèi)溫度均勻性是可行的。

表1 實(shí)驗(yàn)條件

表2 底部勵(lì)磁線圈位置

圖1 溫度采集點(diǎn)分布示意圖

圖2 線圈位置①各測試點(diǎn)的溫度曲線

圖3 線圈位置①變異系數(shù)曲線

圖4 線圈位置②各測試點(diǎn)的溫度曲線

圖5 線圈位置③各測試點(diǎn)的溫度曲線

圖6 不同線圈位置的變異系數(shù)曲線

注：圖中1、2、3分別對(duì)應(yīng)線圈位置①、位置②和位置③。

3 結(jié)論

本文將變異系數(shù)引入到IH電飯煲煮飯過程溫度分布均勻性的研究中，定量地描述溫度分布不均勻程度來精確地分析煮飯過程中溫度分布的不均勻性，并通過調(diào)整底部勵(lì)磁線圈位置研究其對(duì)溫度分布均勻性的影響。研究結(jié)果表明：IH電飯煲在煮飯過程中鍋體內(nèi)部溫度的變異系數(shù)的整體趨勢為先增大后減小，在加熱中期取得最大值，其值為0.18，均勻性最差；改變底部線圈的位置對(duì)鍋體內(nèi)部溫度分布均勻性有一定的影響，在本實(shí)驗(yàn)中，底部線圈處于位置②（底部勵(lì)磁線圈內(nèi)圓邊界處與線盤中心距離d為30mm）時(shí)其溫度變異系數(shù)整體上較低，說明在煮飯過程中，鍋體內(nèi)部具有較好的溫度分布均勻性。

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