以前のコラムで、熱流体解析ソフトSimcenter FLOEFDを使用し、真空断熱タンブラーの熱伝導解析を行った事例を紹介いたしました。真空断熱タンブラーは真空層で伝導伝熱と対流伝熱を断熱できるため、普通のタンブラーと比較して保温性能が優れていることが分かりました。
今回の流体コラムでは応用編として、Simcenter FLOEFDのLEDオプションを使用し、ビールの入ったタンブラーの結露解析を行った事例を紹介いたします。
COLUMN
技術コラム
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【流体】ビールと結露
解析条件
解析対象はビールとタンブラーです。夏場のビールはとても美味しいですが、すぐにぬるくなってしまい、タンブラーも結露でビチョビチョになります。この身近な現象を例に、今回も真空断熱タンブラーと普通のタンブラーを対象とし、ビールの温度変化とタンブラーの結露状態を比較しました。
■ 解析モデル
図1にモデルと計算領域を示します。普通のタンブラーでは真空部分をステンレスとしました。簡略化のために、ビールの部分には5℃における水の物性値を設定した固体材料を割り当てました。また、計算領域は重力の影響を十分考慮できる大きさとしました。

■ 解析条件の設定
表1に解析条件を示します。
表2にメッシュ数と計算所要時間、計算ステップを示します。時間ステップは計算負荷と精度を考慮し、結露し始める初期には小さくし、その後は徐々に大きくしていきました。
解析結果
図2にビールの平均温度の時間変化を、図3,4に各タンブラーでの中心の断面温度の時間変化を示します。

図3:真空断熱タンブラーの断面温度 |
図4:普通のタンブラーの断面温度 |
図2-4より、10分後で比較すると、ビールの温度は赤線の真空断熱タンブラーで13℃、青線の普通のタンブラーで17℃程度となりました。真空断熱タンブラーでの温度変化は8℃、普通のタンブラーでの温度変化は12℃程度であることから、保温性能に1.5倍程の差があることが分かります。
飲み頃という観点では、例えば、私の大好きなアサヒスーパードライの適温は4~8℃らしいので、普通のタンブラーでは30秒くらいで飲みたいところですが、真空断熱の場合には1分くらいはゆっくり飲むことができます。
続いて、図5, 6に、タンブラー外側面の水膜厚さと温度の時間変化を示します。
図5:真空断熱タンブラーの水膜厚さと温度 |
図6:普通のタンブラーの水膜厚さと温度 |
図5,6より、10分後で比較すると、タンブラー外側の結露量(水膜厚さ)は真空断熱の場合は15ミクロン、普通の場合は25ミクロンと分かります。真空断熱の場合、比較的結露を抑制できていることが分かります。
35℃75%の空気の露点は約30℃なので、30℃を下回ると結露します。図5,6のグラフから、タンブラー外側の温度は真空断熱の場合は2分で、普通の場合は1分で30℃を下回り、結露し始めていることが分かります。
真空断熱タンブラーでは、真空層による断熱効果でタンブラー外側面の温度が下がりにくく、外気との温度差が比較的小さいために、保温に加えて結露の抑制もできています。
まとめ
今回の解析事例では、ビールの入ったタンブラーの結露解析を行いました。真空断熱タンブラーでは、冷えたビールの保温に加えて結露防止にも効果があることが分かりました。
これから夏になりビールがより一層美味しく感じられますね。ちょうど来週ビアガーデンに行きますので、ジョッキの結露に注目しながらビールを飲みたいと思います。
[From K. Sugahara]
備考
解析タイプ | 非定常、ふく射、重力、外部流れ |
---|---|
解析物理時間 | 10 min |
タンブラーの固体材料 | SUS321 |
タンブラーの放射率 | 0.074 |
初期および環境条件 | タンブラー:35℃ ビール:5℃ 外気:35℃、75% 初期水膜厚さ:0ミクロン |
使用ソフト | Simcenter FLOEFD |
---|---|
計算時間 | 20 min |
使用CPU | Intel(R) Xeon(R) Platinum 8260 CPU @ 2.40GHz |
メッシュ数 | 20万 |
---|---|
計算所要時間 | 20 min |
時間ステップ | ![]() |
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