技術分享特邀專家：李小斌|副教授，天津大學機械工程學院
主題：直接蒸汽射流加熱及回收技術
主要研究方向：復雜流動與熱流-先進核能利用技術。
一、蒸烤箱蒸汽加熱問題描述及相關原理介紹
目前來講，蒸烤箱生產(chǎn)蒸汽的常見技術有兩種，一種是水盤式，另一種是后壁蒸汽供應方式。所有蒸汽流向來自于蒸汽發(fā)射器，產(chǎn)生過量或飽和、不飽和的蒸汽，進到腔體里邊，其中一部分導向到被烹飪的食物，另外一部分有可能直接被回收；被烹飪的食物經(jīng)過冷凝換熱之后，又會被收集起來，這就是蒸汽流動的整體過程。
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一旦溫度提升，就有可能要加更多的加熱棒，而如果沒有加熱棒的話，那么烹飪時間會比較長。產(chǎn)生以上結果出現(xiàn)的原因，一方面是食材和蒸汽之間的換熱受到液膜的限制，另一方面蒸汽與食材覆蓋之間的位置亟需優(yōu)化，同時蒸汽的溫度也有一定影響。
針對這些方向，李小斌副教授研究團隊提出了改進蒸汽結構——直接射流式的蒸汽發(fā)生器，以及蒸汽覆蓋機構、蒸汽回收以及再熱裝置。
蒸汽射流針對的是射流冷卻，射流冷本身是做冷凝，但蒸汽射流是做加熱使用。蒸汽射流的主要目的是增加傳熱效率，同時把冷凝過的水快速帶離表面，快速形成下一輪的冷凝換熱。
研究團隊經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，蒸汽溫度越高，對于食材加熱的重要性是更高的，因此其采用引射泵的形式，將一些乏汽重新引射到腔室里面，經(jīng)過過熱之后，這些過量蒸汽再重新引入到腔室里面。
二、傳熱方式效率分析及實現(xiàn)順序
通過研究團隊前期所做的分析以及計算發(fā)現(xiàn)，典型的蒸汽灶升溫時間是281s，它的升溫過程有準備的升溫階段以及穩(wěn)定的升溫階段。所謂的準備升溫階段的指蒸汽發(fā)射器開始產(chǎn)生蒸汽，另外蒸汽已經(jīng)進入到腔體里面之后穩(wěn)定升溫，有溫升的速率在里面，而穩(wěn)定升溫階段則被認為為蒸汽生產(chǎn)過程加熱功率完全轉化為潛熱，潛熱引入到腔室里邊之后，再將腔室進行升溫的過程。
蒸汽灶的升溫加速包括四個方面，分別來看：
1.提升蒸汽生產(chǎn)速度，生產(chǎn)速度提升與增加蒸汽速率相聯(lián)系，可以通過沸騰換熱強化措施等，本質上是利用一些導熱材料來增加蒸汽生產(chǎn)速度。
2.提升蒸汽攪混，保持蒸汽量增加、輸入熱量增加，保守估計增加2-3m/s的時候，可望減少一半升溫時間。
3.局部蒸汽攪混，提出直接蒸汽射流的方法，從而提升其換熱能力。
4.直接增加蒸汽過熱度，設定合適的溫度以保證熱量被蒸汽吸收或者直接被食材吸收。
總的來說，針對傳熱方式效能分析，升溫段所占據(jù)的時長在整個加熱過程中是比較小的，但提升速度、提升升溫過程的代價卻相對較大，與此同時，由于蒸汽溫度的影響最大，故主要方向變?yōu)槿绾翁嵘羝麥囟纫约叭绾伪３掷淠龘Q熱條件下的溫度邊界條件。另外，蒸汽回收和過熱裝置可以直接增加蒸汽過熱度，同時耦合后邊的直接蒸汽射流，而關于如何保持溫度的邊界條件，研究團隊還在持續(xù)探索中。
三、直接蒸汽射流加熱技術
李小斌副教授研究團隊將直接蒸汽射流加熱技術主要歸納為以下三個方面：
1.為了實現(xiàn)大流量的蒸汽供給，蒸汽發(fā)生器需要開源和節(jié)流，開源方面使用表面導熱材質匹配（間隔布置）和導流槽（表面自由能位點）的加熱表面，節(jié)流是使用乏汽回收及再熱裝置（射流泵）。
2.通過蒸汽射流引射泵加蒸氣過熱器，后者可以實現(xiàn)蒸汽過熱，過熱蒸汽是加速蒸熟食材的一個最重要的手段。
3.蒸汽覆蓋的主要目的是為了掃掠掉液膜，提高冷略換熱，保持住溫度邊界，同時直接射流易于和蒸汽過熱器相結合，保持食材的高溫環(huán)境。
聶教授
