IH电饭煲烹饪过程温度分布均匀性研究

孔进喜 王江南 梅江 张力文

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070

近几年来，电磁感应加热技术得到了飞速的发展，因其具有节能、环保、可控性强及加热效率高等特点被广泛应用于各个领域[1-3]。相比与发热盘式的电饭煲而言，IH电饭煲主要是由锅体的单层或者多层导电结构在交变磁场中感生出涡流而产生热量，并将热量直接传递给锅内的水和大米，提高了电饭煲的加热效率。煮饭过程中为使上中下三层米饭的口感无差异，要求对米饭整体进行均匀加热，所以对在煮饭过程中锅体内部的温度分布均匀性及其影响因素的研究是十分必要的。目前，研究煮饭过程中锅体内部温度分布均匀性方面的所做研究较少。故本文通过对煮饭过程中IH电饭煲锅内的温度分布均匀性进行研究，并通过调整底部励磁线圈位置分析其对温度分布均匀性的影响。本研究旨在能够在一定程度上为国内电饭煲行业提供电磁加热技术应用的理论基础，并以此来增强国内电饭煲行业在国际市场的竞争力。

1 实验方法及原理

1.1 变异系数的理论基础

变异系数是衡量标志值离散的特征参数之一，可以用来描述数据的均匀性程度，并且其消除了量纲和(或)平均数不同对两个或多个样本变异程度比较的影响。电饭煲在蒸煮过程中，锅体内部的温度分布是不均匀的，并且随着时间变化以及底部励磁线圈位置的不同会造成锅体内各个区域的温度均值不同。故使用变异系数来定量分析电饭煲锅体内部温度的不均匀程度会更加准确。变异系数记为C.V，为标准差σ与平均数a的比值，其计算公式如下：

由于变异系数可以作为不均匀程度的评价指标，其值的大小与不均匀程度成正比关系，故对本文而言，变异系数越小，表明锅内温度分布的越均匀。

1.2 实验方法

采用如表1所示实验条件进行实验，其中线圈材质为纯铜，底部与R角处线圈为串联关系，保证底部与R角线圈的交变电流一致，排除了额外因素的干扰。取如图1所示的温度测试点对锅内温度分布进行测量，温度采集仪器为安捷伦34970A。研究底部励磁线圈位置对锅内温度分布的影响，本文通过调整底部励磁线圈内圆边界处与线盘中心距离d来达到控制底部励磁线圈位置的目的，其具体参数如表2所示。

2 实验结果与讨论

2.1 锅内的温度分布均匀性

图2为当底部线圈位置为①时，各测试点的温度曲线图，图3为锅体内部各测试点温度变异系数随时间变化的曲线图，从图中可知，随着时间的改变，其变异系数的整体趋势为先增大后减小，在加热阶段中期变异系数取得最大值，其值为0.18，锅内的温度分布的不均匀程度也符合这一趋势，图2中所示也证明这一点，加热开始时，各测试点温度离散度较小，随着时间推移离散度先增大后减小，这与变异系数的变化趋势一致。在煮饭过程中，锅体内部的温度分布不均匀程度也将，在加热开始时，内锅产热量不高，再加上热传递的影响，锅体内部温度上升不明显，但是当功率加大，内锅因交变磁场作用开始急剧产热，锅体内部发生热量的交换以及传递，促使锅体内部的水产生对流（温度高的水上升，温度低的水下降，并带动米粒运动），这种的对流的快慢直接影响锅内的温度分布均匀性。

2.2 底部线圈位置对锅内温度分布均匀性的影响

通过改变底部励磁线圈位置来分析其对锅体内部温度分布均匀性的影响，图4和5分别为底部线圈位置处于②和③时各温度测试点的温度曲线，图6为三种线圈位置所对应的温度变异系数曲线图，从图中可知，底部线圈无论处于何种位置，其变异系数曲线与2.1中所述具有相同的变化趋势。从整体上对比分析底部线圈位置为①、②和③的变异系数曲线来说，当线圈处于位置②时，其温度的变异系数在整个烹饪过程中具有相对较低的数值，这是由于当线圈处于此位置时，相对内锅而言，其热量集中区域相对靠近内锅的中部区域略靠外侧的位置，此时内锅中心部位及最外侧部分的热传导较均匀，锅内的热对流过程较快，从而在烹饪过程中锅内温度均匀性较好，而从温度曲线上的比较也能验证这一点。另外，实验结果也进一步表明采用变异系数来量化表征锅内温度均匀性是可行的。

表1 实验条件

表2 底部励磁线圈位置

图1 温度采集点分布示意图

图2 线圈位置①各测试点的温度曲线

图3 线圈位置①变异系数曲线

图4 线圈位置②各测试点的温度曲线

图5 线圈位置③各测试点的温度曲线

图6 不同线圈位置的变异系数曲线

注：图中1、2、3分别对应线圈位置①、位置②和位置③。

3 结论

本文将变异系数引入到IH电饭煲煮饭过程温度分布均匀性的研究中，定量地描述温度分布不均匀程度来精确地分析煮饭过程中温度分布的不均匀性，并通过调整底部励磁线圈位置研究其对温度分布均匀性的影响。研究结果表明：IH电饭煲在煮饭过程中锅体内部温度的变异系数的整体趋势为先增大后减小，在加热中期取得最大值，其值为0.18，均匀性最差；改变底部线圈的位置对锅体内部温度分布均匀性有一定的影响，在本实验中，底部线圈处于位置②（底部励磁线圈内圆边界处与线盘中心距离d为30mm）时其温度变异系数整体上较低，说明在煮饭过程中，锅体内部具有较好的温度分布均匀性。

[1] 孙兴龙, 胡小东等. 矩形电磁冒口加热效率的实验研究[J]. 热加工工艺, 2016,43(13): 84-87.

[2] 阚超豪, 储国良等. 感应加热电饭煲涡流场与温度场分析[J]. 沈阳工业大学学报, 2014, 36(6): 613-618.

[3] 毕勇义, 范小红等. 感应加热技术在中小型温挤成型模具上的应用[J].新技术新工艺, 2016(10): 86-89.