Příliš horký nebo příliš studený gril bude při vaření s technologií FLOEFD minulostí

Téměř každý z nás v létě připravuje na grilu maso či zeleninu. Mistrům v grilování trvá dlouho, než se stanou odborníky, a to z velmi jednoduchého důvodu – každý gril má totiž jedinečné vlastnosti jako jsou tvar, materiál apod. Výkon a chování grilu může změnit dokonce i druh použitého uhlí.

Odborníci ze Siemens se zaměřili na oblíbený model grilu, kterému se říká kotlíkový. Na spodní části má ventilační otvory pro proměnlivý průtok vzduchu, nahoře pak pro únik horkého vzduchu. Uhlí je umístěno v blízkosti spodních ventilačních otvorů.

Související

Martin Pokorný

Několik praktických rad, jak s elektronikou do letadla

Martin Pokorný

Pět tipů na letní cestování s powerbankou

Faktorem, který je pro dosažení dokonale ugrilovaného jídla velmi důležitý, je rovnoměrné rozložení tepla, které je nezbytné k rovnoměrnému propečení. Mistři grilu mají své triky a postupy, někteří je dokonce tají a nikdy by se o ně dobrovolně nepodělili. Zde však může pomoci simulace proudění vzduchu (CFD) a Simcenter FLOEFD, které dokážou do detailů odhalit výkon kotlíkového grilu.  

Již při prvním pohledu na gril lze zaznamenat několik pozorování: Teplotní sonda je umístěna úplně nahoře na grilu. Uvnitř grilu může být rozdíl teplot, který nelze sondou zachytit. Některé části grilu mohou být teplejší či chladnější než místo, kde je umístěna sonda. Umístění spodních a horních větracích otvorů může ovlivnit výkon grilu. Další faktory, které způsobují variabilitu výkonu grilu jsou: množství jídla na grilu, umístění jídla a množství a umístění dřevěného uhlí.

Pro studii se předpokládá rovnoměrná distribuce dřevěného uhlí na roštu, toto základní pravidlo berou mistři grilu velmi vážně. Jako první zjistíme teplotu hoření dřevěného uhlí. Zde vycházíme z článku Abhisheka Vanapartiho z Auburn University, kde popisuje dva typy uhlí – rychle vzplanoucí a pomalu hořící. Měření teploty se provádí, když uhlí zešedne, to je chvíle, kdy jej většina lidí považuje za připravené ke grilování. Předpokládáme také, že dřevěné uhlí udržuje teplotu po celou dobu našeho experimentu.

Další předpoklad se týká typu grilovaných potravin. Maso se skládá z různých druhů tkání a vláken, což charakterizaci této části komplikuje. Výběr hodnot hustoty, teploty a tepelné vodivosti použité simulace odpovídá vlastnostem kuřete.

Zvláštní pozornost je věnována i hodnotě emisivity kovových komponentů kotlíkového grilu. Barva horního a dolního kotlíku je považována za černou. Předpokládá se, že všechny kovové části jsou vyrobeny z oceli.

Gril je umístěn v otevřeném prostředí při okolní teplotě cca 15,5 °C. V úvahu je vzato i vedení tepla v pevných látkách, záření a gravitace. Tepelné vyzařování hrálo ve studii velkou roli, protože značné množství tepla opouští dřevěné uhlí právě v této formě. Vlastní analýza je rozdělena do dvou kroků: zahřátí grilu a vlastní grilování.

Při pohledu na trajektorie proudění je vidět, že studený vzduch vstupuje zespodu a cirkuluje v oblasti roštu na uhlí. Další velká recirkulační zóna je pod horním víkem grilu, ta zajišťuje rovnoměrné rozložení teploty uvnitř grilu.

Když jsou všechny větrací otvory zavřené, tak je distribuce teploty je poměrně rovnoměrná. Vidíme také několik horkých míst, která jsou asi o 7 °C teplejší než oblast v blízkosti kuřete. Tento rozdíl by mohl být důležitý v případě, že by se jídlo grilovalo delší dobu.

U jednoho z ventilačních otvorů je ovšem vidět, že rozložení tepla v této části není příliš jednotné. Důvodem je několik faktorů – spodní otvory jsou umístěny přímo pod několika kousky uhlí a především, horní větrací otvor a spodní větrací otvor jsou v zákrytu, takže vzduch vchází spodním větracím otvorem a odchází horním, aniž by cirkuloval uvnitř. To je důvod, proč máme velké horké místo poblíž uhlí vedoucí až k hornímu otvoru. 

CFD simulace pomohla pochopit, co se vlastně děje uvnitř našeho grilu. Výsledky simulace poskytly cenné informace bez nutnosti provádět fyzické testy nebo konzumovat nedopečené či spálené kuře. Tyto simulace ve skutečnosti poskytují výrazně podrobnější analýzu fungování grilu, než jaké lze dosáhnout fyzickým testováním.

S nástrojem Simcenter FLOEFD mohli inženýři dokonce provádět analýzu konstrukce jednotlivých modelů grilů a navrhnout nové s lepším výkonem a funkčností, a to přímo prostřednictvím svého CAD systému. Upravit lze řadu parametrů, jako geometrie nebo úprava omezení, navíc lze optimalizovat parametry, jako např. teplota v daných oblastech, rychlosti proudění v klíčových oblastech atd. Simulace s využitím pokročilých systémů Siemens přesně a rychle informace o všem, co se mistři grilu učí lety zkušeností.

Závěrem lze říci, že rozložení teploty uvnitř kotlíku je poměrně rovnoměrné, ale existují horká místa s rozdílem vyšším než 4,4 °C. Stejnoměrné rozložení teploty je potřebné ve všech částech grilu. Tento problém může být způsoben umístěním spodních a horních větracích otvorů v zákrytu. Lepší umístění větracích otvorů by vedlo ke zlepšení.

Na vnějším povrchu spodní části grilu docházelo k nerovnoměrnému rozložení teploty, jež může být způsobeno únikem horkého vzduchu nebo kovovými doplňky. Zde je potřeba skutečný důvod nerovnoměrnosti odhalit hlubší analýzou.