CN103405164B - 烤箱与烤盘配合布局的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烤箱与烤盘配合布局的方法。它解决了现有烤箱与烤盘配合使用存在烘烤面积与热量均一度矛盾的问题。本发明包括烤箱，及圆盘和若干正多边形的烤盘，其配合布局方法：（1）、根据用户的目标值与烤箱的烘烤容积，选取出第一备用盘体；（2）、根据各形状烤盘的热量分布参数值，选出第二备用盘体；（3）、根据各形状烤盘的热量分布均一度参数值，选出第三备用盘体；（4）、根据烤箱容积与若干烤盘组合成烘烤面积之间的容纳情况，选出第四备用盘体；（5）、将第四备用盘体中各烤盘进行合理优化布局，将各烤盘摆入烤箱内相应位置。本发明针对烤箱容积及烘烤要求，规划组配方案，提升烘烤利用空间，工作效率，优化烘烤均匀度。

Description

烤箱与烤盘配合布局的方法

技术领域

本发明属于餐饮电器设备技术领域，特别是一种烤箱与烤盘配合布局的方法。

背景技术

烤箱是一种密封的用来烤食物或烘干产品的电器，分为家用电器和工业烤箱。家用烤箱可以用来加工一些面食；还有些烤箱可以烤肉类食品。工业烤箱，为工业上用来烘干产品的一种设备，有电的有瓦斯，又叫烤炉、烘干箱等。

由其针对餐饮界所使用的烤箱，通常在烘烤作业中配套使用矩形烤盘或者圆形烤盘。当烘烤食物使用矩形烤盘时，由于矩形烤盘四个边角的温度相对中间部分高，因此角上的食物容易被烘烤过度，即烘烤结果为烤盘边缘的食物容易烤焦。而烘烤食物使用圆形烤盘时，热量均匀的分布在烤盘的整个外边缘，因此烤盘外边缘的食物不会烤焦。但是在实际产品中，大部分烤箱是长方形的，因此圆形的烤盘不能充分利用烤箱内的烘烤空间，造成烘烤容积利用率低下，工作效率差等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种根据烘烤面积与烘烤均匀度两者的要求，组配实现提升空间利用率与烘烤品质的烤箱与烤盘配合布局的方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：烤箱与烤盘配合布局的方法，包括烤箱及多组套的烤盘，所述烤盘具体形状包括圆盘和若干正多边形盘，其特征在于，其配合布局的方法包括以下步骤：

（1）、根据用户的目标值与烤箱的烘烤容积，选取上述烤盘中全部可供使用的烤盘作为第一备用盘体；

（2）、根据各形状烤盘的热量分布参数值，在第一备用盘体中选用其中一部分作为第二备用盘体；

（3）、根据各形状烤盘的热量分布均一度参数值，在第二备用盘体中选用其中一部分作为第三备用盘体；

（4）、根据烤箱容积与若干烤盘组合成烘烤面积之间的容纳情况，在第三备用盘体中选用其中一部分作为第四备用盘体；

（5）、将第四备用盘体中各烤盘进行合理优化布局，将各烤盘摆入烤箱内相应位置。

本烤箱与烤盘配合布局的方法针对不同烤箱容积及烘烤要求，规划最优组配方案，提升烘烤空间的利用率，减省烘烤作用时间，提高工作效率，优化烘烤受热均匀度，提升烘烤食品的质量与口感，以达成整体烘烤设备具有高端优良的运作属性。

在上述的烤箱与烤盘配合布局的方法中，所述组配方案中的若干烤盘为相同形状烤盘。

在上述的烤箱与烤盘配合布局的方法中，所述组配方案中的若干烤盘为不相同形状烤盘。

在上述的烤箱与烤盘配合布局的方法中，所述烤盘热量分布通过有限元方法解三维热传导方程：

$\frac{\∂}{\∂x}\left(k_{\mathrm{xx}}\frac{\∂T}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(k_{\mathrm{yy}}\frac{\∂T}{\∂y}\right)+\frac{\∂}{\∂z}\left(k_{\mathrm{zz}}\frac{\∂T}{\∂z}\right)+\stackrel{\·\·\·}{q}=\mathrm{\ρc}\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}$

其中，

$\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=\frac{\∂T}{\∂t}+V_x\frac{\∂T}{\∂x}+V_y\frac{\∂T}{\∂y}+V_z\frac{\∂T}{\∂z}$

其中，V_x，V_y，V_z均为媒介热传导速率；

将控制微分方程转化为等效的积分形式：

${\∫}_{\mathrm{vol}}(\mathrm{\ρc\δT}(\frac{\∂T}{\∂t}+{\left\{v\right\}}^T{\left\{L\right\}}^T)+{\left\{L\right\}}^T\mathrm{\δT}\left(\right[D\left]{\left\{L\right\}}^T\right))d\left(\mathrm{vol}\right)=$

${\∫}_{S_2}{\mathrm{\δTq}}^{*}d\left(S_2\right)+{\∫}_{S_3}\mathrm{\δ}{\mathrm{Th}}_f(T_B-T)d\left(S_3\right)+{\∫}_{\mathrm{vol}}\mathrm{\δT}\stackrel{\·\·\·}{q}d\left(\mathrm{vol}\right)$

其中，vol为单元体积 ${\left\{L\right\}}^T=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\∂}{\∂x}& \frac{\∂}{\∂y}& \frac{\∂}{\∂z}\end{array}\right];$ 为单位体积的热生成；h_f为对流换热系数；T_B为流体的温度；δT为温度的虚变量；S₂为热通量的施加面积；S₃为对流的施加面积。

通过ANSYS模拟圆形、矩形、正方形、正六边形、正十边形、正十二变形烤盘等的热量分布图，可得出以下受热规律：烤盘边数越多，烤盘外边缘的热量分布越均匀，圆形烤盘的外边缘热量分布最均匀；任意烤盘的外边缘温度比其内部温度高，且在所有形状的烤盘中，圆形烤盘的外边缘温度是最低的。

在上述的烤箱与烤盘配合布局的方法中，所述烤盘热量分布均一度根据烤盘温度值所得其温度方差，具体为：

y=27.403+44.5894e^-0.2593nn≥4，

其中，y为烤盘温度方差，n为烤盘边数；

进而所得烤盘热量分布均一度，具体为：

k是一个常量

其中，f为烤盘热量分布均一度；

令0<f<1，则可得k=27.3，因此，

$f=\frac{27.3}{27.403+44.5894e^{-0.2593n}},n\&GreaterEqual;4.$

由实验验证得知：当n≤12时，烤盘温度方差值较大，且随着烤盘边数的增加而逐渐减小；当n>12时，烤盘温度方差值接近圆盘温度方差值；烤盘温度方差值随烤盘边数增加而减小。

当烤盘边数小于30时，烤盘热量分布均一度随着烤盘边数的增加而逐渐增加；当烤盘边数大于等于30时，烤盘热量分布均一度接近于1。由此可知，矩形烤盘的热量分布均一度最低，圆形烤盘的热量分布均一度最高。

在上述的烤箱与烤盘配合布局的方法中，所述正四边形盘或正六边形盘组配形成嵌满烤箱容积的容纳情况。对于同一形状的烤盘，烤盘最大数量随烤箱长宽比变化；对于不同形状的烤盘，长宽比相同的烤箱所能容纳的烤盘数量不同；烤盘边数越多，其曲线越接近于圆形烤盘的曲线；当仅考虑烤箱所能容纳的最大烤盘数量时，四边形烤盘或者六边形烤盘是较好的组配方案。

在上述的烤箱与烤盘配合布局的方法中，所述烤盘布局的组配方案为：

$E=k*N(n,W/L)+\frac{(1-p)}{27.403+44.5894e^{-0.2593n}}$

其中，

E为最优烤盘形状的组配值；

k为烤盘面积与烤箱面积的比值；

p为烤盘体积利用率在烘烤所需面积中占比重大小；

1-p为烤盘热量分布均匀程度在烘烤所需程度中占比重大小；

n为烤盘边数；

W/L为烤箱长宽比；

N(n,W/L)为烤盘边数与烤箱长宽比的函数。

当烤盘边数大于等于9时，烤盘的组配值接近于圆形烤盘的组配值。因此，当固定一个烤盘长宽比值和烤盘边数的比重值时，就能得出最优的烤盘形状组配方案。

与现有技术相比，本烤箱与烤盘配合布局的方法针对不同烤箱容积及烘烤要求，规划最优组配方案，提升烘烤空间的利用率，减省烘烤作用时间，提高工作效率，优化烘烤受热均匀度，提升烘烤食品的质量与口感，以达成整体烘烤设备具有高端优良的运作属性。

附图说明

图1是本烤箱与烤盘配合布局的方法中烤盘温度方差图。

图2是本烤箱与烤盘配合布局的方法中烤盘热量分布均一度图。

图3是本烤箱与烤盘配合布局的方法中烤箱长宽比与所能容纳的烤盘数量图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、2和3所示，本烤箱与烤盘配合布局的方法，包括烤箱及多组套的烤盘，该烤盘具体形状包括圆盘和若干正多边形盘，其配合布局的方法包括以下步骤：

（1）、根据用户的目标值与烤箱的烘烤容积，选取上述烤盘中全部可供使用的烤盘作为第一备用盘体；

（2）、根据各形状烤盘的热量分布参数值，在第一备用盘体中选用其中一部分作为第二备用盘体；

烤盘热量分布通过有限元方法解三维热传导方程：

$\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x}\left(k_{\mathrm{xx}}\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;x}\right)+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;y}\left(k_{\mathrm{yy}}\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;y}\right)+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;z}\left(k_{\mathrm{zz}}\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;z}\right)+\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;}{q}=\mathrm{\&rho;c}\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}$

其中，

$\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;t}+V_x\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;x}+V_y\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;y}+V_z\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;z}$

其中，V_x，V_y，V_z均为媒介热传导速率；

将控制微分方程转化为等效的积分形式：

${\&Integral;}_{\mathrm{vol}}(\mathrm{\&rho;c\&delta;T}(\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;t}+{\left\{v\right\}}^T{\left\{L\right\}}^T)+{\left\{L\right\}}^T\mathrm{\&delta;T}\left(\right[D\left]{\left\{L\right\}}^T\right))d\left(\mathrm{vol}\right)=$

${\&Integral;}_{S_2}{\mathrm{\&delta;Tq}}^{*}d\left(S_2\right)+{\&Integral;}_{S_3}{\mathrm{\&delta;Th}}_f(T_B-T)d\left(S_3\right)+{\&Integral;}_{\mathrm{vol}}\mathrm{\&delta;T}\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;}{q}d\left(\mathrm{vol}\right)$

其中，vol为单元体积 ${\left\{L\right\}}^T=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x}& \frac{\&PartialD;}{\&PartialD;y}& \frac{\&PartialD;}{\&PartialD;z}\end{array}\right];$ 为单位体积的热生成；h_f为对流换热系数；T_B为流体的温度；δT为温度的虚变量；S₂为热通量的施加面积；S₃为对流的施加面积。

通过ANSYS模拟圆形、矩形、正方形、正六边形、正十边形、正十二变形烤盘等的热量分布图，可得出以下受热规律：烤盘边数越多，烤盘外边缘的热量分布越均匀，圆形烤盘的外边缘热量分布最均匀；任意烤盘的外边缘温度比其内部温度高，且在所有形状的烤盘中，圆形烤盘的外边缘温度是最低的。

（3)、根据各形状烤盘的热量分布均一度参数值，在第二备用盘体中选用其中一部分作为第三备用盘体；

烤盘热量分布均一度根据烤盘温度值所得其温度方差，具体为：

y=27.403+44.5894e^-0.2593nn≥4，

其中，y为烤盘温度方差，n为烤盘边数；

由实验验证得知：当n≤12时，烤盘温度方差值较大，且随着烤盘边数的增加而逐渐减小；当n>12时，烤盘温度方差值接近圆盘温度方差值；烤盘温度方差值随烤盘边数增加而减小。

通过模拟烤盘热量分布的均一度。由于烤盘热量分布的均一度与烤盘温度方差值成反比，所以令：

k是一个常量

其中，f为烤盘热量分布均一度；

令0<f<1，则可得k=27.3，因此，

$f=\frac{27.3}{27.403+44.5894e^{-0.2593n}},n\&GreaterEqual;4.$

由实验验证得知：当烤盘边数小于30时，烤盘热量分布均一度随着烤盘边数的增加而逐渐增加；当烤盘边数大于等于30时，烤盘热量分布均一度接近于1。由此可知，矩形烤盘的热量分布均一度最低，圆形烤盘的热量分布均一度最高。

（4）、根据烤箱容积与若干烤盘组合成烘烤面积之间的容纳情况，在第三备用盘体中选用其中一部分作为第四备用盘体；

（5）、将第四备用盘体中各烤盘进行合理优化布局，将各烤盘摆入烤箱内相应位置。

烤盘使用的组配方案为：

$E=k*N(n,W/L)+\frac{(1-p)}{27.403+44.5894e^{-0.2593n}}$

其中，

E为最优烤盘形状的组配值；

k为烤盘面积与烤箱面积的比值；

p为烤盘体积利用率在烘烤所需面积中占比重大小；

1-p为烤盘热量分布均匀程度在烘烤所需程度中占比重大小；

n为烤盘边数；

W/L为烤箱长宽比；

N(n,W/L)为烤盘边数与烤箱长宽比的函数。

当烤盘边数大于等于9时，烤盘的组配值接近于圆形烤盘的组配值。因此，当固定一个烤盘长宽比值和烤盘边数的比重值时，就能得出最优的烤盘形状组配方案。

组配方案中的若干烤盘可以为相同形状烤盘；组配方案中的若干烤盘也可以为不相同形状烤盘。对于同一形状的烤盘，烤盘最大数量随烤箱长宽比变化；对于不同形状的烤盘，长宽比相同的烤箱所能容纳的烤盘数量不同；烤盘边数越多，其曲线越接近于圆形烤盘的曲线；当仅考虑烤箱所能容纳的最大烤盘数量时，正四边形盘或正六边形盘组配形成嵌满烤箱容积的容纳情况，即四边形烤盘或者六边形烤盘是较好的组配方案。

以下提供不同烤箱容积与各种烤盘形成组配方案的多个实验：

实验1：

当烤箱长宽比W/L=0.5,p=0.3时，可通过设立横坐标与纵坐标表述热量分布均一度与烘烤面积的线性变化走线图，故两线条的交叉数值点即显示最优使用方案，该实验中烤盘组配的最佳形状方案为圆形。

实验2：

当烤箱长宽比W/L=0.81,p=0.62时，可通过设立横坐标与纵坐标表述热量分布均一度与烘烤面积的线性变化走线图，故两线条的交叉数值点即显示最优使用方案，该实验中烤盘组配的最佳形状方案为正六边形。

实验3：

当烤箱长宽比W/L=0.57,p=0.87时，可通过设立横坐标与纵坐标表述热量分布均一度与烘烤面积的线性变化走线图，故两线条的交叉数值点即显示最优使用方案，该实验中烤盘组配的最佳形状方案为为矩形。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.烤箱与烤盘配合布局的方法，包括烤箱及多组套的烤盘，所述烤盘具体形状包括圆盘和若干正多边形盘，其特征在于，其配合布局的方法包括以下步骤：

(1)、根据用户的目标值与烤箱的烘烤容积，选取上述烤盘中全部可供使用的烤盘作为第一备用盘体；

(2)、根据各形状烤盘的热量分布参数值，在第一备用盘体中选用其中一部分作为第二备用盘体；

(3)、根据各形状烤盘的热量分布均一度参数值，在第二备用盘体中选用其中一部分作为第三备用盘体；

(4)、根据烤箱容积与若干烤盘组合成烘烤面积之间的容纳情况，在第三备用盘体中选用其中一部分作为第四备用盘体；

(5)、将第四备用盘体中各烤盘进行合理优化布局，将各烤盘摆入烤箱内相应位置；

所述烤盘热量分布通过有限元方法解三维热传导方程：

$\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x}\left(k_{\mathrm{xx}}\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;x}\right)+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;y}\left(k_{\mathrm{yy}}\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;y}\right)+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;z}\left(k_{\mathrm{zz}}\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;z}\right)+\stackrel{...}{q}=\mathrm{\&rho;c}\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}$

其中，

$\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;t}+V_x\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;x}+V_y\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;y}+V_z\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;z}$

其中，V_x，V_y，V_z均为媒介热传导速率；ρ为密度；c为比热容；T为温度；t为时间；k_xx,k_yy,k_zz为导热系数；

将控制微分方程转化为等效的积分形式：

$\begin{array}{c}{\&Integral;}_{\mathrm{vol}}(\mathrm{\&rho;c\&delta;T}(\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;t}+{\left\{v\right\}}^T{\left\{L\right\}}^T)+{\left\{L\right\}}^T\mathrm{\&delta;T}\left(\right[D\left]{\left\{L\right\}}^T\right))d\left(\mathrm{vol}\right)=\\ {\&Integral;}_{S_2}\mathrm{\&delta;}{\mathrm{Tq}}^{*}\left(S_2\right)+{\&Integral;}_{S_3}\mathrm{\&delta;}{\mathrm{Th}}_f(T_B-T)d\left(S_3\right)+{\&Integral;}_{\mathrm{vol}}\mathrm{\&delta;T}\stackrel{...}{q}d\left(\mathrm{vol}\right)\end{array}$

其中，vol为单元体积 ${\left\{L\right\}}^T=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x}& \frac{\&PartialD;}{\&PartialD;y}& \frac{\&PartialD;}{\&PartialD;z}\end{array}\right];$ 为单位体积的热生成；h_f为对流换热系数；T_B为流体的温度；δT为温度的虚变量；S₂为热通量的施加面积；S₃为对流的施加面积；q^*为热流密度；[D]为材料的热传导属性矩阵；{v}^T为媒介热传导速率矢量转置。

2.根据权利要求1所述的烤箱与烤盘配合布局的方法，其特征在于，所述烤盘热量分布均一度根据烤盘温度值所得其温度方差，具体为：

y＝27.403+44.5894e^-0.2593n n≥4

其中，y为烤盘温度方差，n为烤盘边数；

进而所得烤盘热量分布均一度，具体为：

k是一个常量

其中，f为烤盘热量分布均一度；

令0＜f＜1，则可得k＝27.3，因此，

$f=\frac{27.3}{27.403+{44.5894e}^{-0.2593n}},n\&GreaterEqual;4.$

3.根据权利要求2所述的烤箱与烤盘配合布局的方法，其特征在于，所述烤盘布局的组配方案为：

$E=k*N(n,W/L)+\frac{(1-p)}{27.403+44.5894e^{-0.2593n}}$

其中，

E为最优烤盘形状的组配值；

k为烤盘面积与烤箱面积的比值；

p为烤盘体积利用率在烘烤所需面积中占比重大小；

1-p为烤盘热量分布均匀程度在烘烤所需程度中占比重大小；

n为烤盘边数；

W/L为烤箱长宽比；

N(n,W/L)为烤盘边数与烤箱长宽比的函数。