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设计仿真 | 从形状到香味,CFD助力朝日啤酒公司为客户创造更好感官体验

国际金属加工网 2024年04月26日

朝日啤酒株式会社成立于1889年,朝日啤酒是日本最著名的啤酒制造厂商之一。1987年朝日啤酒株式会社推出新品Asahi舒波乐生啤,其销售业绩蒸蒸日上,至1998年Asahi舒波乐单品销量已经跃居日本第一,世界排名第三,生啤酒销量世界第一。据统计,Asahi拥有日本啤酒市场40%的占有率。

图1:朝日啤酒的产品示例

朝日啤酒以其“Super Dry”、“Clear Asahi”和“Dry Zero”等品牌而闻名。特别是在以Super Dry为主要产品的啤酒市场虽然给人留下了深厚的印象,但在其他酒类方面,包括发泡酒、烧酒、梅酒、低酒精饮料、葡萄酒和Nikka品牌威士忌(图1)也在不断扩展其影响力,旨在成为“真正的第一综合性酒精饮料公司”,持续从各个角度提供价值。

01引入CFD仿真工具的原因  

2009年,朝日啤酒食品技术研究实验室利用结构力学分析和优化分析等CAE分析软件,成功开发出易于吞咽的片剂形状,用于开发补充剂等片剂,为引入热流体分析软件扩大研制范围增加了更多的信心。朝日啤酒食品技术研究实验室开始引入了 Cradle CFD的一个模块SCFLOW & SCRYU/Tetra,因为Cradle CFD软件在功能性和操作性的绝对优势及海克斯康技术工程师丰富的专业知识,得到了客户的支持与认同。 

02 邂逅香味的发展历史  

香气是产品的魅力所在,而最大限度地发挥香气的玻璃杯是一个重要的容器,可以提高饮用品质感受。海克斯康的热流体分析软件 Cradle CFD 提供了分析工具,可让研发人员实现“开发一种能够最大限度地提高产品香气的特殊玻璃杯”的开发愿望。用各种形状的玻璃杯模拟了杯中物质的扩散现象,并与人类的感官一起进行评估和验证,最终设计出了一种工程和感官相融合的玻璃杯形状。

03 实施玻璃杯气流分析

首先,在葡萄酒杯、鸡尾酒杯、通用杯等10种形状不同的玻璃杯中填充一定量的威士忌,盖上一定时间的盖子,用特殊的酒精可视化照相机(图1)拍摄了刚取下盖子后在玻璃杯内蒸发的酒精扩散的情况,照相机是客户为这个项目寻找到的。如预期拍摄的那样,成功地可视化了酒精的扩散(图2)。因为酒精中含有香味的成分,所以如果能在CFD解析上模拟这种状态,就能模拟香味的扩散。随后开始使用Cradle CFD创建CFD分析模型。

图1 使用红外热像仪可视化酒精扩散

图2 CFD分析结果(显示玻璃杯内空气的扩散物质的浓度×流速)显示酒精扩散情况

最开始先测量了一个个的玻璃杯形状,用3D-CAD软件制作了三维模型之后,用Cradle CFD读入CAD数据进行分析。接着,为了模拟由于盖的开放而引起的玻璃内空气的对流,不是对盖本身进行建模,而是通过使用体积力这一功能,在玻璃的上部产生流速,再现盖的运动(图3)。

图3 模拟开盖运动

在Cradle CFD中,可以显示扩散物质的浓度和流速等各种物理量。另外,在显示上,“扩散物质的浓度×流速”也是可能的。特殊照相机的酒精浓度越高,酒精流动速度越快,画面也越清晰。将两者的视频进行比较,结果完全一致,成功地通过仿真实现了不同的玻璃杯的形状,对香味扩散的影响分析。证实了该模型的分析结果与感官评价结果良好吻合。本次玻璃杯形状的设计方法也申请了相关工程专利。

04 选择CFD的理由 

客户提到Cradle CFD的好处,首先举出技术支持非常到位。在最初的阶段,知道能不能做是非常重要,但是怎么做也至关重要,技术支持都能迅速给出解答。Cradle CFD同时还具备强大的定制化功能,可以从读入模型到划分网格,计算,后处理,出报告,完整流程完成定制化,只需要几步操作就可以得到想要的结果。据说客户在操作中最喜欢的是,在进行解析时会出现“预计结束时间”,这对项目的进展预测很有帮助。另外,从销售、技术的工作人员那里感受到了热流体软件的专业性以及热情,这也是关键因素之一。

05 其他CFD拓展  

使用CFD的部门是容器包装研究所机器开发部,是负责啤酒用分配器的研究开发的部分。客户提到啤酒用分配器是热交换器,这一点正是热流体分析软件Cradle CFD的特长。为了确定啤酒的冷却效率,进一步进行各种各样的仿真分析与验证。

  

   

  

(海克斯康工业软件)

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