Stian Mork &
Eirin Holmstrøm
Põneval ja edukal tööpäeval on lihtne unustada tass sooja kohvi, mille sa “just äsja” olid endale valmistanud. Üsna tihti oleme pidanud tassid lihtsalt tühjendama, sest kohv on külmaks läinud.
Küsimus on: kui kaua kulub kohvi valamisest tassi, kuni see muutub „joogikõlbmatuks“, sest kohv on liiga külm?
Üks viis selle väljaselgitamiseks on muidugi kasutada stopperit, kuid tarkvarainsenerina PLM Group’is on meil juurdepääs paljudele suurepärastele rakendustele ning olemas analüütilisemad meetodid, mis sellele küsimusele vastust aitavad leida.
SOLIDWORKS Simulationi analüüs
Alustame kohvitassi CAD mudeli loomisega.
Meil on teada järgmised parameetrid:
- Kohvi temperatuur = 95 °C
- Ümbritseva keskkonna temperatuur = 20 °C
- Loomulik õhukonvektsioon = 15 W/m^2.K
Loomulik eeldus on, et kohvi soojuskadu on kombinatsioon õhu konvektsioonist ja tassi soojusjuhtivusest.
Probleemi olemuse vähendamiseks kasutasime ringja sümmeetria eeliseid ja kasutasime selle arvutuse jaoks 2D termoanalüüsi. Selle võimalusega SOLIDWORKS Simulationis, saame oluliselt vähendada arvutusaega, sest võtame vaatluse alla vaid poole tassi ristlõiget.
Tassi materjaliks määrame keraamilise portselani ning kohvi materjaliks määrame vee.
Järgmiseks defineerime piiritingimused, mille varasemalt välja tõime.
Soovisime vaadata aja jooksul toimunud muutusi (kaua kulub aega, kuni kohvi temperatuur langeb 45 kraadini). Sellest tulenevalt täpsustame, et tegemist on Transient study ehk ajutise uuringuga. Kogu uuringu kestuseks määrasime ühe tunni (3600 sek) ning ajaintervalli 60sekundit – see tähendab, et andmeid kogutakse iga minuti tagant.
Uuringujärgselt saame animeerida temperatuuride jaotust. Isegi olukorras, kus uuring viiakse läbi 2D’s, on meil siiski olemas võimalus tõlgendada tulemusi 3D-s ja 3D-graafikute abil.
Ühe tunni jooksul on selgelt näha, kuidas kohvi soojus on konvektsiooni ja ümbritseva keskkonna teel kandunud tassi. Ainult tassi keskmes on meil temperatuur üle 50 °C.
Näeme, et tunni möödudes on kohv kõige jahedam tassi serva ääres ning selle temperatuur on seal veidi alla 32,5 °C.
Tulemused
Kuna tegemist on ajalise analüüsiga, on lihtne graafikut jälgida ja sellelt andmeid lugeda. Graafikut vaadates näeme, et 45 kraadini jõutakse 1225 sek juures ehk 20,5 minutiga.
Järeldus seetõttu on järgnev – kui tahame nautida kohvi, mille temperatuur on üle 45 kraadi, peame selle jooma 20 minuti jooksul.
Kuid, läheme sellega veel edasi.
Mis juhtub, kui meil on eelsoojendatud tass?
Tassi eelsoojendamine on vana trikk, et hoida kohvi soojas pikema aja jooksul. Seega, muidugi tuleb ka seda trikki testida.
Loome uue analüüsi, milles muudame tassi algtemperatuuri 90 °C vastu.
Vaadates allolevat graafikut, näeme, et tassi eelsoojendamine annab eelmise analüüsiga võrreldes väikese eelise – kõigest 1,5 kraadi (20 minutit kohvi valamisest).
Näeme, et eelsoojendatud tassi suurim efekt on esimese 13 minuti (768 sek) jooksul, sealt edasi ühtlustuvad kahe analüüsi temperatuurid. (See on ka eeldatav, sest mida suurem temperatuuride erinevus esineb objekti ja keskkonna vahel, seda kiirem on jahtumine).
Lisa analüüs
Boonusena soovis Stian testida, kui kaua kulub, enne kui tass muutub liiga kuumaks, et seda katsuda. Ta tegi 20 sekundi pikkuse analüüsi pärast seda, kui kohv tassi valati. Selles analüüsis tuvastas ta, et kohv kuumutab tassi nii, et selle väliskülje temperatuur tõuseb 12 sekundi pärast 60 kraadini. Sel hetkel on parem tassi hoidmiseks kindaid kasutada.
Kõik analüüsid selles eksperimendis sooritati SOLIDWORKSi termoanalüüsidega, mis on osa SOLIDWORKS Simulation Professional tootest. Analüüside sooritamisel ei saanud ükski kohvitass kannatada.
Nautige oma kohvi ja tööpäeva!
