Investigation of Hot Air Distribution in an Oven Using Experiments and Computational Fluid Dynamics (CFD)
Keywords:
Hot Air Distribution, Hot Air Oven, Computational Fluid Dynamics (CFD)Abstract
The objective of this research is to investigate the hot-air distribution in a drying oven by using experimental testing and Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis. The study simulates the behavior of hot-air distribution inside an oven equipped with three heater rods and a hot-air circulation fan, in order to distribute heat within an oven of dimensions 0.100 × 0.885 × 0.200 meters at a temperature of 80°C. In this testing and simulation, no product is placed in the oven; therefore, moisture is not considered. The experiment uses a GTF2-IM28 Temp Controller data-logging system and twelve PT100 temperature-measurement sensors, which are connected to the controller and read through Modbus-RTU. The hot air refers to the air flowing inside the oven with a volume of 1.52 m³. The fluid undergoes heat conduction and convection under the gravitational acceleration. Both laminar and turbulent flow models are applied. The wall surfaces are defined as smooth surfaces with an adiabatic-wall boundary condition, and the air pressure is set at 101,325 Pa, with the initial temperature of both the air and the oven at 28°C. The results indicate that the CFD analysis and the experimental results are in agreement, showing a deviation in the range of 6–10%. Therefore, it can be concluded that the CFD model can simulate the hot-air distribution with high similarity to the actual experimental results. Subsequently, the hot-air distribution in the oven is analyzed under two conditions: with full trays and without trays. The findings show that the hot-air distribution exhibits turbulent behavior, and the airflow varies at different positions, which affects drying performance. This study can be used to improve oven design to achieve balanced and efficient heat distribution by considering key variables, including the direction and position of hot-air inlets, hot-air velocity, hot-air flow rate, heater power, control of heat loss through the installation of thermal insulation, and the creation of multiple hot-air inlet paths.
References
Mirade P.S., Daudin J.D., Ducept F., and Trystram G., Characterization and CFD modeling of air temperature and velocity profiles in an industrial biscuit baking tunnel oven. J. Clement,/Food Research International. 2004; 37: 1031–1039.
Nantawan T., Weibiao Z., and Thomas A., Two-dimensional CFD modeling and simulation of an industrial continuous bread baking oven. Journal of Food Engineering. 2003; 60: 211–217.
Andrew L., Numerical Investigation of the Temperature Distribution in an Industrial Oven. University of Southern Queensland.
Pragati K. and Sharma H.K., Concept of Computational Fluid Dynamics (CFD) and its Applications in Food Processing Equipment Design. Journal of Food Process Technology. 2012; 3(1).
Khatir Z. et. al., The Application of Computational Fluid Dynamics (CFD) And Oven Design Optimization in the British Bread-baking Industry. In: International Conference on CFD in Oil & Gas, Metallurgical and Process Industries SINTEF/NTNU, Trondheim Norway; 2011. P. 21-23.
Verboven P., et. al., “Computational fluid dynamics modelling and validation of the temperature distribution in a forced convection oven. Journal of Food Engineering. 2000; 43(2): 61-73.
Rokni M. and Sunden B., Investigation of a Two-Equation Turbulent Heat Transfer Model Applied to Ducts. Journal of Heat Transfer. 2003; 125(1): 194-200.
Jones A. and Ingham D., Combined convection flow in a vertical duct with wall temperatures that vary linearly with depth. International Journal of Heat and Fluid Flow. 1993; 14(1); 37-47.
Sparrow E. and Ortiz M., “Heat transfer coefficients for the upstream face of a perforated plate positioned normal to an oncoming flow. International Journal of Heat Mass Transfer. 1981; 25(1); 127-135.
Subrata R., Sagar K. and Heidmann J., Film Cooling Analysis Using DES Turbulence Model. In ASME TurboExpo, 2003.
Mark F. et. al., Use of computational fluid dynamics in domestic oven design. Int. Jnl. of Multiphysics. 2008; 2(1).
ANSYS Inc. CFX-5.7.1 Theory Manual. ANSYS. 2005.
Wilcox D. C., Basic Fluid Mechanics, D C W Industries, La Canada, 1998.
Menter F. R., Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA Journal. 1994; 1598–1605.
Dhinsa K. K., Bailey C. J. and Pericleous K. A., Turbulence Modelling and its Impact on CFD Predictions for Cooling of Electronic Components. In: Inter Society Conference on Thermal Phenomena. 2004.
Atkins W.S., Consultants, Best Practice Guidelines for Marine Applications of Computational Fluid Dynamics. 2002.
Tinprabath P., et al., A Study of Drying Coconut Coir Dust with a Fluidized Bed Type. In; PCRUSCI CONFERENCE 2022, Faculty of Science and Technology, Phetchabun Rajabhat University, 2022. P. 465-475.
Tinprabath P., et. al. “The study of kumquats drying using a fluidized bed dryer,” In: Rajamangala Manufacturing & Management of Technology Conference; 9th RMTC, 1–3 May 2024 at The Heritage Chiang Rai Hotel and Convention. Chiang Rai. P. 1325-1330.
Lertlaokul K., et al., Drying of Andrographis Paniculate with Fluidized Bed. In: 13 th Proceeding of Sustainable Industrial Innovation and Management Conferenc. BITEC Exhibition and Convention Center. Bangkok. 2024.
Chindaprasert N. and Tinprabath P., A Study of Drying Behavior of Home Agricultural Products. In: Proceeding of the 38Th Conference on Mechanical Engineering Network of Thailand: ME-NETT 32, 3–6 July 2018 Mukdahan Province.
Chindaprasert N., Boonmee P. and Tinprabath P., A Study of Drying Roses Using Hot Air from Air Conditioner Condenser and Electric Heater Coils. In: Proceeding of the 38th Conference on Mechanical Engineering Network of Thailand: ME-NETT 32, 3–6 July 2018. Mukdahan Province.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 UTK RESEARCH JOURNAL
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
กองบรรณาธิการวารสารวิชาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ มีความยินดีที่จะรับบทความจากอาจารย์ นักวิจัย นักวิชาการทั้งภายในและภายนอกมหาวิทยาลัย ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ได้แก่ สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และสาขาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมถึงสาขาต่างๆ ที่มีการบูรณาการข้ามศาสตร์ที่เกี่ยวข้องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่เขียนเป็นภาษาไทยหรือภาษาอังกฤษ ซึ่งผลงานวิชาการที่ส่งมาขอตีพิมพ์ต้องไม่เคยเผยแพร่ในสิ่งพิมพ์อื่นใดมาก่อน และต้องไม่อยู่ในระหว่างการพิจารณาของวารสารอื่น
การละเมิดลิขสิทธิ์ถือเป็นความรับผิดชอบของผู้ส่งบทความโดยตรง บทความที่ได้รับการตีพิมพ์ต้องผ่านการพิจารณากลั่นกรองคุณภาพจากผู้ทรงคุณวุฒิและได้รับความเห็นชอบจากกองบรรณาธิการ
ข้อความที่ปรากฏอยู่ในแต่ละบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารวิชาการเล่มนี้ เป็นความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนแต่ละท่าน ไม่เกี่ยวข้องกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพแต่อย่างใด ความรับผิดชอบด้านเนื้อหาและการตรวจร่างบทความแต่ละบทความเป็นของผู้เขียนแต่ละท่าน หากมีความผิดพลาดใดๆ ผู้เขียนแต่ละท่านจะต้องรับผิดชอบบทความของตนเองแต่ผู้เดียว
กองบรรณาธิการขอสงวนสิทธิ์มิให้นำเนื้อหา หรือข้อคิดเห็นใดๆ ของบทความในวารสารวิชาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ ไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตจากกองบรรณาธิการ อย่างเป็นลายลักษณ์อักษร ผลงานที่ได้รับการตีพิมพ์ถือเป็นลิขสิทธิ์ของวารสาร
