利用仿真找到烧烤最佳煤炭放置

烧烤是春秋之际联络好友、享受大自然的利器之一。眼看窗外阳光正好，微风佛佛，先按捺住你蠢蠢欲动的心，下面我们将展示如何使用仿真软件确定在烧烤中摆放煤炭以均匀热量和避免高热点的最佳方法。

木炭烧烤和传热

烧烤主要是通过热辐射将热量传递给食物。这意味着，在普通的木炭烧烤架中，热量通过来自下方的煤炭燃烧热量直接辐射反射到达食物。根据您正在烧烤的食物，所需的热量分布可能会有所不同。

例如，在烤牛排时，您可能想要两种热度不同的火。在这个热度较高的一边扒牛排，然后在热度较低的另一边完成刷酱。如果你把盖子放在烤架上，它更像是一个对流烤箱，这对于大块的烤肉或者烤整只鸡来较为合适的。

而户外烧烤更多的是其他情况，例如当您想要烤茄子这种需要均匀分布的热量时，还需小心热量不能过高导致烤坏食物。你可能会觉得均匀摆放煤炭就可以了，但通过仿真分析和实际实验表明，有一种更好的煤炭放置方法可以选择。

均匀热量最好的烧烤方法是将煤炭塑成一个环，使烤架的中心空着。虽然这听起来有点违反直觉，但是烧烤炉上的煤烧火不会在烤架炉产生均匀的热量。发生这种情况是因为食物不仅仅受到来自下方的热量。此外，弧形烤炉壁向内反射热量，在烤架中心形成一个热点。

从带有一圈煤（左）和均匀分布的煤（右）的烤架加热

下面我们可以利用仿真软件测试比较不同的煤炭布置及其对烤架加热的影响，从而确认均匀加热的最佳布置。

烤架中的表面到表面辐射

我们可以使用传热模块中提供的具有表面到表面辐射的传热接口来测试不同的煤放置是如何影响烤架温度的。一共测试了包括把煤炭放在中间、把煤炭放在烤炉最外面的一环和将煤炭铺满烤炉三种方式。仿真分析的目的是检查这三种情况下的平均温度以及最高温度和最低温度之间的差异。如果温差较小，则温度更均匀，这是我们想要达到的最佳效果。

我们利用烤炉的对称性，并使用轴对称2D几何图形对其进行建模。为了考虑三种煤配置，我们添加了距离中心的距离，煤的数量以及每个煤之间的距离的参数。然后，设置参数扫描，以便单个研究提供所有三种情况的仿真结果。由于辐射的热传递应该占主导地位，因此忽略了自然对流的传热。

仿真过程主要使用了三种不同属性的材料，分别是烤炉内煤炭周围的大区域的空气、烤炉壁和炉排的钢材、煤的导热系数，密度和热。

这些值是近似的（对于没有对流的固定研究，不需要热容和密度） 对于区域，空气被视为流体，钢区域和煤被视为固体。此外，每种煤都充当热源，其热耗率使用3 kW的功率定义。

对于边界条件，所有边界都被认为是漫反射表面，它们在所有方向上均匀地反射辐射强度。初始温度和环境温度设定为293.15 K（20°C）。对称边界是一个例外，它使用预定义的轴对称条件。

为了使用表面到表面辐射来提高模型的精度，为煤边界添加了边界层网格划分。

为了计算所有三种情况的静止研究，设置参数扫描节点以扫过对应于三种煤布置的三个指定的参数值组合。用于计算水壶烤架温度的完整参数扫描在普通工作站上只需要一两分钟。

为了对轴对称仿真的结果进行后处理，我们可以使用Revolution 2D数据集，它将轴对称解决方案数据集作为输入并将其旋转为3D解决方案。下图显示了环形煤中模拟情况的旋转解决方案。

煤炭温度适用于将煤放入环中的情况。轴对称解旋转225度

哪种煤炭布置提供最均匀的热量？

为了获得从这些模拟中提供定量结果的数值，我们使用全局评估节点来评估烧烤炉篦上溶液的温差和平均温度。对于评估，我们使用Maximum，Minimum和Average运算符，这些运算符仅在顶部边界（炉排）上定义。温度值的评估给出以下结果（K中的舍入值）：

煤炭排列成环状时温度变化小得多，而三种情况下的平均温度几乎相同。因此，模拟结果证实了实验已经表明：在传统的水壶烧烤架中将煤炭安排在环中以获得最均匀的热量。

以下图表使用Solution数据集和Selection子节点将数据限制为仅仅格栅，显示了三种情况下炉排的温度：

煤炭在烤炉中间

煤炭放在烤炉最外面的一环

煤炭铺满烤炉

通过仿真测试，我们可以清楚地看到如果需要最均匀的热量分布将煤炭放在烤炉最外面的一环是最有效的方式，可见仿真不仅仅使用在设计上，它能渗入生活中的方方面面。希望本文能够帮助到你！