La chaleur atteint l'aliment dans un four par trois voies, et chacune a une distribution différente :
Rayonnement. Depuis les résistances et les parois chaudes. Il dépend du facteur de forme : les surfaces qui font directement face à une résistance reçoivent bien davantage. C'est pourquoi le bord d'une plaque placée sous la résistance supérieure brûle.
Convection. Dominante dans les fours à chaleur tournante ; les régions où la vitesse d'air est plus élevée cuisent plus vite.
Conduction. À travers la plaque ou le moule vers la base.
Cuire de façon homogène signifie que la somme des trois soit équilibrée sur la surface de l'aliment — et les trois culminent à des endroits différents.
Pourquoi un four à chaleur tournante est plus homogène
Le ventilateur fait circuler l'air chaud, rendant la composante convective dominante et plus uniforme, et réduisant en proportion l'effet de la directionnalité du rayonnement. C'est pourquoi la chaleur tournante est préférée pour cuire sur plusieurs niveaux.
Mais la chaleur tournante a son propre problème de distribution : les régions proches de la sortie du ventilateur conservent une vitesse plus élevée. Les déflecteurs et panneaux perforés existent pour l'équilibrer et relèvent directement du calcul — un classique problème de distribution.
L'humidité ne doit pas être ignorée
La vapeur qui sort de l'aliment élève l'humidité relative dans le four. L'humidité retarde la formation de la croûte et modifie l'échange thermique. Dans les fours vapeur, on s'en sert délibérément. Un modèle qui ne résout pas le transport d'humidité ne peut prévoir ni la croûte ni la coloration. Voir la note sur le séchage.
Modélisation
Le rayonnement est obligatoire. Un rayonnement surface à surface fondé sur les facteurs de forme est nécessaire ; le négliger fait sortir la distribution entièrement fausse [1]. Voir la note sur le rayonnement.
L'émissivité de surface commande. Entre une plaque d'aluminium brillant et une plaque d'émail sombre, il y a un facteur. Cela explique aussi la différence que les utilisateurs constatent.
L'aliment est une masse thermique, pas une condition aux limites. Comme la question porte sur la température à cœur au cours du temps, le problème est conjugué et instationnaire.
Références
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.
- Ranz, W. E. & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Chemical Engineering Progress, 48, 141–146 (Part I) and 173–180 (Part II).