技术分享特邀专家：李小斌|副教授，天津大学机械工程学院

主题：直接蒸汽射流加热及回收技术

主要研究方向：复杂流动与热流-先进核能利用技术。

一、蒸烤箱蒸汽加热问题描述及相关原理介绍

目前来讲，蒸烤箱生产蒸汽的常见技术有两种，一种是水盘式，另一种是后壁蒸汽供应方式。所有蒸汽流向来自于蒸汽发射器，产生过量或饱和、不饱和的蒸汽，进到腔体里边，其中一部分导向到被烹饪的食物，另外一部分有可能直接被回收；被烹饪的食物经过冷凝换热之后，又会被收集起来，这就是蒸汽流动的整体过程。

一旦温度提升，就有可能要加更多的加热棒，而如果没有加热棒的话，那么烹饪时间会比较长。产生以上结果出现的原因，一方面是食材和蒸汽之间的换热受到液膜的限制，另一方面蒸汽与食材覆盖之间的位置亟需优化，同时蒸汽的温度也有一定影响。

针对这些方向，李小斌副教授研究团队提出了改进蒸汽结构——直接射流式的蒸汽发生器，以及蒸汽覆盖机构、蒸汽回收以及再热装置。

蒸汽射流针对的是射流冷却，射流冷本身是做冷凝，但蒸汽射流是做加热使用。蒸汽射流的主要目的是增加传热效率，同时把冷凝过的水快速带离表面，快速形成下一轮的冷凝换热。

研究团队经过计算发现，蒸汽温度越高，对于食材加热的重要性是更高的，因此其采用引射泵的形式，将一些乏汽重新引射到腔室里面，经过过热之后，这些过量蒸汽再重新引入到腔室里面。

二、传热方式效率分析及实现顺序

通过研究团队前期所做的分析以及计算发现，典型的蒸汽灶升温时间是281s，它的升温过程有准备的升温阶段以及稳定的升温阶段。所谓的准备升温阶段的指蒸汽发射器开始产生蒸汽，另外蒸汽已经进入到腔体里面之后稳定升温，有温升的速率在里面，而稳定升温阶段则被认为为蒸汽生产过程加热功率完全转化为潜热，潜热引入到腔室里边之后，再将腔室进行升温的过程。

蒸汽灶的升温加速包括四个方面，分别来看：

1.提升蒸汽生产速度，生产速度提升与增加蒸汽速率相联系，可以通过沸腾换热强化措施等，本质上是利用一些导热材料来增加蒸汽生产速度。

2.提升蒸汽搅混，保持蒸汽量增加、输入热量增加，保守估计增加2-3m/s的时候，可望减少一半升温时间。

3.局部蒸汽搅混，提出直接蒸汽射流的方法，从而提升其换热能力。

4.直接增加蒸汽过热度，设定合适的温度以保证热量被蒸汽吸收或者直接被食材吸收。

总的来说，针对传热方式效能分析，升温段所占据的时长在整个加热过程中是比较小的，但提升速度、提升升温过程的代价却相对较大，与此同时，由于蒸汽温度的影响最大，故主要方向变为如何提升蒸汽温度以及如何保持冷凝换热条件下的温度边界条件。另外，蒸汽回收和过热装置可以直接增加蒸汽过热度，同时耦合后边的直接蒸汽射流，而关于如何保持温度的边界条件，研究团队还在持续探索中。

三、直接蒸汽射流加热技术

李小斌副教授研究团队将直接蒸汽射流加热技术主要归纳为以下三个方面：

1.为了实现大流量的蒸汽供给，蒸汽发生器需要开源和节流，开源方面使用表面导热材质匹配（间隔布置）和导流槽（表面自由能位点）的加热表面，节流是使用乏汽回收及再热装置（射流泵）。

2.通过蒸汽射流引射泵加蒸气过热器，后者可以实现蒸汽过热，过热蒸汽是加速蒸熟食材的一个最重要的手段。

3.蒸汽覆盖的主要目的是为了扫掠掉液膜，提高冷略换热，保持住温度边界，同时直接射流易于和蒸汽过热器相结合，保持食材的高温环境。