总是有时间考虑如何提高烧烤技能。在这篇博客文章中，我们展示了如何使用comsolMultiphysics®软件来确定在木炭烤架中排列煤或煤糖的最佳方法，以供加热并避免热点。例如，在制作烤披萨时也需要热量。
传热和木炭烧烤
当使用烧烤炉时，热传递到食物主要是通过热辐射发生的。这意味着，在常见的木炭水壶烤架中，热量通过下面的直接辐射以及水壶壁的反射到达食物。根据您要烧烤的食物，所需的热分布可能会有所不同。
披萨在烤架上。（这张照片来自我们的披萨烧烤实验 -在这里观看视频）
例如，对于牛排，您可能需要使用所谓的两级火，在烤架的一侧将大部分或全部煤堆积。您可以在这片热侧烤牛排，然后在温度更温和的另一侧完成烹饪。如果将盖子放在烤架上，它的作用更像对流烤箱，这是大型烤肉和整只鸟的好方法。这种缓慢的烹饪通常称为烧烤而不是烧烤。
其他情况，例如当您想制作烤披萨时，需要强烈的热量，但也需要均匀分布，而没有可能会燃烧食物的热点。您可能会认为，平均，单层的火将是达到热量的最佳方法，但是实用的实验和模拟表明，有一种最佳的，也许是意想不到的煤炭布置。
火圈
正如最近的一个报道库克的插图文章是将煤塑造成一个环，使烤架的中心空。尽管听起来违反直觉，但散布在烧烤架上的煤的大火不会在烧烤炉中提供均匀的热量。发生这种情况是因为食物不仅会从下面加热。此外，弯曲的水壶壁向内反射热量，在烧烤架的中心产生了一个热点。
从烤架（左）和均匀分布的煤（右）中加热。
让我们看看如何使用comsol多物理学，我们可以比较不同的煤炭布置及其对烤架中加热的影响，从而确认（或不）（或不）是最佳的加热排列。
在烧烤架上模拟地表到地面辐射
在comsol多物理学中，我们可以使用用地表到表面辐射传热在传热模块中可用的界面，以测试不同的煤炭位置如何影响烤架的温度，包括：
- 中心的煤
- 煤在周长的环中
- 到处都是煤
模拟的目的是在这三种情况下检查平均温度以及最高温度和最低温度之间的差异。如果温度差较小，则温度更均匀，这就是我们想要实现的最佳结果。
在我们的comsol®模型中，我们利用常规水壶烤架的对称性，并使用轴对称2D几何形状进行建模。为了说明三种煤层配置，我们为距中心距离，煤的数量以及每个煤之间的距离添加参数。然后，设置了参数扫描，以便一项研究为所有三种情况提供了模拟结果。由于应该占主导地位，因此通过自然对流进行热传递而被忽略。
模拟使用三种材料的材料特性：
- 空气，这是水壶内煤周围的大域
- 钢，用于水壶墙和炉排
- 煤，从中获取导热率，密度和热容量的数据传播热量（Wiley）作者：A。Bejan；这些值是近似的（对于不需要的固定研究，不需要热容量和密度）
对于域，空气被视为流体，钢质结构域和煤为固体。此外，每个煤充当热源，使用3 kW的功率定义了热速率。
对于边界条件，所有边界都被认为是弥漫表面，在各个方向上都均匀地反映辐射强度。初始温度和环境温度设置为293.15 K（20°C）。异常是对称边界，它使用预定义的轴向对称条件。
为了使用表面对地面辐射提高模型中的精度，为煤边界添加了边界层的网络划分。
为了计算所有三种情况的固定研究，参数扫描节点设置为扫描与与三个煤炭布置相对应的参数值的三个指定组合。完整的参数扫描以计算水壶烤架中的温度仅需一两分钟即可在正常工作站上。
为了后处理轴对称模拟的结果，我们可以使用革命2D数据集，该数据集采用轴对称解决方案数据集作为其输入并将其旋转到3D解决方案中。以下图显示了带环中煤的模拟情况的旋转解。
将煤放入环中的情况下的水壶温度。轴对称溶液被旋转225度。
哪种煤炭排列最多？
为了获取从这些模拟中提供定量结果的数值值，我们使用全球评估评估烧烤炉子处溶液的温度差和平均温度的节点。对于评估，我们使用最大，最小和平均操作员，仅在顶部边界（炉排）上定义。温度值的评估给出以下结果（k中的圆形值）：
| 煤构型 | 温度差 | 平均温度 |
|---|---|---|
| 中心的煤 | 166 | 501 |
| co | 92 | 502 |
| 到处都是煤 | 122 | 499 |
温度变化要小得多，煤排在环中，而在所有三种情况下，平均温度几乎相同。因此，模拟确认了指示了什么实验：将煤放在环中，以在常规水壶烤架中最多加热。
以下图，使用解决方案带有一个数据集选择子节点仅将数据限制在栅格上，显示三种情况下的炉排温度：
中心（左），到处（中心）和环（右）的煤的炉排温度图。
在这篇博客文章中，我们概述了一个易于理解的示例，即模拟如何有助于对设计做出明智的决定，即使在日常生活中也是如此。通过模拟comsol多物理学中的地表到表面辐射，我们可以清楚地看到，在烤架周围排列的煤提供最多的热量。现在，让我们准备好烧烤季节！
建议阅读
- 在Comsol博客上探索模拟的进一步用途：乐动体育赛事播报
评论（3）
詹姆斯·D·弗雷斯（James D Freels）
2017年1月26日这是一篇非常好的实际重要性条款，我可以将其交给非Comsol用户，向他们解释Comsol可以使用的方法。即非技术财务经理。我一定会将其传递给同事，以获得良好的阅读，并在我的下一个烤架上给木炭戒指。
Boye Lauritzen
2017年1月27日据我所知（不是化学家）：
最佳烧烤设计 - 必须是所有煤炭都以一个热项目为中心（为了二恶英而不是太热） - 产生的热量是最佳的。
烧烤应具有设计形式，因为需要热分配烤盘板。
传播煤炭 - 通常会降解 /停止焚化。
马格努斯环
2017年1月30日感谢您的意见。这篇博客文章的灵感来自于文章，声称在需要这样的热量时（例如，在烧烤比萨饼时），将煤撒在一个圆圈中的确会提供更多的热量。当烧烤其他类型的食物时，通常首选其他煤炭配置。我们想看看是否可以使用COMSOL多物理学中的传热模拟来验证此主张，实际上，模拟与所做的观测值匹配。还可以解释表面对表面辐射中的模拟和观察到的温度分布和水壶的形状。也许模拟也可以用于进一步开发水壶形状，以进行一些所需的热量分布，但这超出了这里讨论的主题。