新能源馕坑的工作原理及最佳工作状态的试验研究

阿布都艾则孜?阿布来提等

摘要

馕是新疆各族人们在日常生活中接触最多的食品之一。首先比较2种不同温度测量仪，并通过误差分析来选择合适的测量仪，然后再利用红外测温仪测量新能源馕坑的工作温度，并把这些结果与传统馕坑上所得到的数据比较，得出新能源馕坑工作所需要的最佳温度。

关键词馕；新能源馕坑；红外测温仪；工作温度

中图分类号S509.9文献标识码A文章编号0517-6611（2015）21-289-03

馕是新疆和中亚地区各兄弟民族喜欢吃的的主要面食之一，已有3 000多年的历史。在新疆生活的维吾尔族人民日常生活中，馕是不可缺少的一种食物。馕是在面粉（或精粉）中加少许盐水和酵面，和匀，揉透，稍发，然后在特制的馕坑里烤制。根据馕中所添加的原料不同馕分为几种类型，比如，添加羊油的即为油馕；用羊肉丁、孜然粉、胡椒粉和洋葱未等佐料拌馅烤制的称为肉馕；将芝麻与葡萄汁拌和烤制的叫芝麻馕等[1]。

烤馕设备叫馕坑。从古到今，馕坑的建造方法基本上没有发生变化，主要用在水里泡的盐石和瓷砖来制造。其中瓷砖在烤馕过程中起到保温作用，盐石使瓷砖变得更坚固，也助于它牢牢抓住馕。除了这种最古老的黏土馕坑以外，现在大城市里出现了陶瓷馕坑和钢板馕坑。无论是那种类型的馕坑，内部结构形状大致相同，都是外面看其肚大口小，形状类似于倒口的宽肚大水缸[2]。无论是那种材料建造的馕坑，都是用木柴和煤炭等不可再生的燃料作为能源来烤馕，虽然烤馕这种传统文化工艺用不了多少能源，但长期使用这些能源对馕类产品的卫生、环境以及馕类产品的销售带来一定的影响。随着现代科学技术的发展，最近在这种最古老的馕坑基础上，市场上出现了一些新能源馕坑，即只在家里通过最古老的方法来制作的地方工艺发展成各种技术凝聚在一体的电或燃气为能源的现代化无烟馕坑。这对馕这种地方特色食品向全国甚至中亚地区销售起到了关键作用。在文献[3]中笔者已对以煤炭为能源的传统馕坑工作状态进行了研究，并从黑体辐射理论出发，利用热电偶温度计测量出馕坑的温度，详细计算了在给定的工作温度下馕坑的谱辐射能流密度、总辐射能流密度和腔内谱辐射能量密度。这项研究對馕坑的发展，特别是以电、燃气为能源的无烟馕坑的发展带来了一定理论基础，目前市场上也有一些馕坑店使用以电或燃气为能源的新能源馕坑[4]。虽然这些新能源馕坑相对于传统馕坑具有环保、健康、节能、低碳、无烟等特点，但市场上传统的以煤炭为能源的馕坑占的比例高，很少人关注新能源馕坑的发展。为此，笔者利用热电偶温度计和红外测温仪测量新能源馕坑的工作温度，并把这些结果与传统馕坑上所得到的数据进行比较，以便为新能源馕坑的发展提供参考。

1 电热馕坑结构与工作原理

1.1 电热馕坑结构

目前市场上的电热馕坑主要由以下4个部分组成的：一是钢制外壳。馕坑的外壳由钢板和铁板制造的，这类似于由土砖做出来的传统馕坑。馕坑外壳大部分是四边形的，也有多面形和圆形的。外壳的主要作用是保护馕坑内壁，还对贴馕和拔馕操作提供一定的活动空间，因此有结实、外观精美、做工精密等要求。二是保温材料。因馕坑工作时馕坑内壁的温度很高，如果馕坑内壁与外壳之间没有有效的防热措施，对外面操作带来一定的不便以及没法保证馕坑内部达到热平衡状态。传统馕坑平时用土砖做出四边形外壳后，馕坑内壁与外壳之间填土来达到防热和保温目的。在电热馕坑中石棉当作保温材料。三是馕坑内壁。馕坑内壁是馕坑的贴馕部分，该部分是在馕坑整个结构中温度最高以及消耗最多的部分，所以馕坑内壁材料必须具有一定的耐热性。电热馕坑的内壁是10 cm宽的钢板互相焊接制作的[2]，具有内表面平整、耐高温以及高温下不变形等特点。四是加热元件。除了以上3个部分以外还有一个最重要的部分是馕坑正中间的加热元件。在市场上很多材料可以当作电热馕坑的加热元件，比如电阻丝、石英灯和陶瓷等。其中陶瓷加热元件是一种高效、热分布均匀的加热材料，它能够确保温度均匀分布，能容易消除设备的热点及冷点。因为它具有长寿命、保温性能好、机械性能强、耐腐蚀、抗磁场等优点，所以新能源馕坑中主要是陶瓷作为加热元件的馕坑最多。

1.2 电热馕坑工作原理及过程

电流通过导体时，导体会发热，通过导体的电流为I，导体两端的电压国U时，导体中产生的热量为：

Q=W=UIt

（1）

电热馕坑就按公式（1）所表示的能量来加热馕坑。电热馕坑中陶瓷加热元件绕成一定形状的圈并安装在馕坑正中间。陶瓷加热元件具有效率高、节约能量、加热快等特点。这对控制馕坑温度及使馕坑达到热平衡带来了很多方便，并节约一定的加热时间。

馕坑通电后陶瓷加热圈开始升温并往馕坑内壁辐射热量，使用电热馕坑的时候可以按需要随时调温，达到烤馕所需的温度。电热馕坑和与传统馕坑的能源不一样，所以加热的时间也不一样。电热馕坑加热30～40 min后馕坑内壁的温度到360～400 ℃。这时为了控制温度，陶瓷加热圈上盖上专门制作的盖子。如果温度再不断上升，可以用旁边的微调开关来调节馕坑内壁温度。盖上盖子以后等2～3 min，然后洒盐水，洒盐使馕坑温度降到250～290 ℃。在这个过程做好面团并开始压成一定形状。每个馕店起码烤3～4种馕，家里烤的话也至少烤2种。洒30～60 s盐水后可以贴和面团，刚开始贴的时候馕坑内壁左侧和右侧的温度不一样。一般从温度最低的地方开始贴，当火面团贴完一边的时候，馕坑内壁另一边的温度也降温到烤馕所需要的温度。贴完后盖上馕坑的盖子，10～20 min可以扒馕，用钩子扒出馕然后擦上专门做的油，再烤一会。刚出坑的馕放1～2 min钟就可以吃。

2材料与方法

2.1 测量仪器

为了得到可靠的数据，对工作中的馕坑进行温度测量之前，试验分别用热电偶和红外温度测量仪对实验室的小馕坑进行了全面温度测量。因为馕坑的工作温度比较高，所以测量工作中使用红外测温仪比较方便。然而红外测温仪在不同的温度测量范围内的准确度也不一样，因此相同条件下对红外测温仪和热电偶所测到数据进行了比较。该比较工作中所使用的热电偶是一种无固定冷端的WNR型热电偶，它需要与TDW2001型温度控制仪配套使用。

2.2 仪器表征

此次测量对象是非工作状态电热馕坑（没烤馕的馕坑），首先把馕坑内表面从下到上分成几个相隔5 cm的区域，然后加热30 min后对每一个区域的同一个位置用红外测温仪和热电偶进行了温度测量。第2天同样的试验条件下再进行测量，这样用2种测温仪对每一个区域进行了5次测量。表1是热电偶（R）和红外测温仪（H）测量的馕坑不同区域的温度。

从表1中可以看出，馕坑底部到上部的温度变化不大，说明馕坑加热30 min后坑内部近似达到了热平衡状态。这个结论证明笔者在文献[3]中所采用的模型，即把馕坑近似地看作黑体是正确的。根据平均值的标准偏差公式[5]：

S（x）=∑ni=1（xi-x）2n（n-1）

（2）

使用表1所显示的5次测量数据代入公式（2）计算了2种不同测温仪偏差，结果显示，热电偶的精确度为±15 ℃，分辨率为20 ℃；红外测温仪的精确度为±2 ℃，分辨率为0.1 ℃。从以上所得的误差分析数据可以看出，2种测温仪中热电偶对同一个区域的测量误差比红外测温仪大。除此之外，红外测温仪测量温度所需要的时间比热电偶测温所需要的时间短，所以后面试验和测量过程选择了红外测温仪，因此下一步工作中使用红外测温仪对电热馕坑进行了工作状态的研究。

3结果与分析

使用红外测温仪对新疆著名的阿布拉的馕坑店[4]的3个电热馕坑进行了馕坑工作的不同阶段和不同部分的温度测量。表2显示试验所得的数据以及所烤的馕的种类。

从表2 中可以看出，烤不同馕（奶馕、核桃馕、油馕）的电热馕坑工作温度都在260 ℃左右，这跟文献[3]中报道的传统馕坑工作温度相同，这说明虽然传统的煤热馕坑和电热馕坑能源不同，但同样达到相同的工作温度。

这2种馕坑中煤热馕坑容易达到馕坑最高温度，但所需要的时间比较长，燃烧后出来的有害气体会污染空气，还每次烤馕都需要馕坑温度上升到很高才能工作。对于烤馕一般需要170～300 ℃的工作温度，然而煤炭加热的传统馕坑温度上升到接近800 ℃后再降温进入所需要的工作温度[3]。这过程引起燃料的浪费、环境的污染、馕坑工作效率的下降等一些不利因素。在这种传统馕坑中因燃料没有完全燃烧而影响馕的质量和食品价值，长时间饮食这种用煤烤的传统馕坑甚至会影响人的健康。

根据文献[3]的数据，在表3中比较了电热新馕坑和传统馕坑工作时的温度。从表3中可以看出，虽然传统煤热馕坑和新能源电热馕坑最高温度较高，然而2种馕坑烤馕前后的工作温度都在200～350 ℃，说明无论使用那种能源同样可以达到馕坑工作所需要的温度。虽然新能源电热馕坑所需的最高温度比传统煤热馕坑低，但同样满足烤馕的需求，而且能节约能量。

4 结论

从以上试验可以看出，使用新能源电热馕坑时容易实现烤不同种类的馕所需要的工作温度，而且温度也很好控制。电热馕坑因以电作为能源，因此没放出污染环境的气体或物质，也没有影响馕类食品的品质。然而从以上分析可以看出，虽然电热馕坑的工作温度更适合烤馕，但是电热馕坑的功率高，消耗的电多，烤馕成本高，所以市場上除了一些品牌馕店以外，很多普通烤馕店没有使用电热馕坑，这对新能源电热馕坑的发展带来一定的不利因素。在下一步研究工作中，将尝试从馕坑的结构出发，找出减小功率而提高效率的方法。除了电以外，煤气和天然气也可以当作馕坑的能源，然而对燃气为能源的馕坑的工作温度和功率还需要进行进一步的研究。

参考文献

[1]

伊斯拉斐尔·玉苏甫，安尼瓦尔·哈斯木.西域饮食文化历史[M].乌鲁木齐：新疆人民出版社， 2006：298.

[2] 阿布都艾则孜·阿布来提，艾力·如苏力，博尔汗·沙来，等.维吾尔族馕坑几何结构及新能源馕坑的设计[J].食品科技，2012，37（11）：79-82.

[3] 阿布都艾则孜·阿布来提，博尔汗·沙来，阿拜，等. 黑体辐射应用——馕坑工作原理及最佳工作状态的实验和理论研究[J].食品科技，2012， 37（1）：140-143.

[4] 王雪丽， 冯兰刚.打破市场的坚冰——由阿布拉的馕排队购买现象谈起[J].商场现代化， 2007（19）：223.

[5] 艾尔肯·阿不列木，阿合买提江，张翼生，等.新编大学物理实验教程[M].北京：清华大学出版社，2013.