Bierschaum ist ein großes Geschäft, von der Kreation von Getränken mit unverwechselbarem Aussehen bis hin zur Bereitstellung von Aromen für Kenner. Das komplexe Zusammenspiel zwischen den Komponenten eines Bieres, dem Gefäß, aus dem es gegossen wird, und dem Glas, in das es gegossen wird, hat viel Aufmerksamkeit von Forschern, Brauern und Trinkern auf sich gezogen. Eine neue Studie soll die genauesten Vorhersagen darüber liefern, wie ein Bier schäumt.
Forscher haben das Brauen mit numerischen Simulationen analysiert, um eine Reihe von Eigenschaften des Bierschaums vorherzusagen. Veröffentlichung ihrer Arbeit in Physik der Flüssigkeiten, Lyuet al. zeigen, dass ihr Modell Schaummuster, Höhen, Stabilität, Bier/Schaum-Verhältnis und Schaumvolumenanteile bestimmen kann.
Die Studie präsentiert die erste Verwendung eines rechnerischen Ansatzes namens Mehrphasenlöser zur Bekämpfung von Bierköpfen.
„Die Simulation eines Bottom-up-Gießprozesses mit einem Mehrphasenlöser ist eine komplexe Aufgabe, bei der die während des Prozesses auftretenden physikalischen und chemischen Wechselwirkungen modelliert werden müssen, wie z. B. Fluiddynamik, Wärme- und Stoffübertragung und chemische Reaktionen“, sagte Autor Wenjing Lyu .
„Durch den Einsatz eines Multiphasen-Lösers ist es möglich, das Verhalten des Systems genau vorherzusagen und das Design der Düsenauslässe und der Bechergeometrie zu optimieren, um ein schnellstmögliches Bottom-Up-Gießen unter verschiedenen Bedingungen wie Druck, Temperatur und Karbonisierung zu gewährleisten .“
Um diese Aufgabe zu bewältigen, hat sich die Gruppe mit Einstein 1 zusammengetan, einem Startup, das ein neues Bottom-Up-Tap-System entwickelt, bei dem die Düse einen beweglichen Magneten auf der Unterseite eines Glases nach oben drückt, um einen temporären Einlass zu erzeugen. Wenn sich das Glas füllt, bewegt sich der Magnet wieder an seinen Platz und das Getränk ist trinkfertig. Nach Wiederholbarkeitsstudien zur Etablierung stabiler Gießbedingungen stellten sie ein Modell zusammen, das dann mit Experimenten validiert wurde.
Die Gruppe fand heraus, dass Schaum aus dem Zapfsystem von Einstein 1 nur in den ersten Momenten des Gießens erzeugt wird. Höhere Temperaturen und Drücke ergaben mehr Schaum.
Danach setzte die flüssige Phase des Bieres ein. Zum großen Teil durch die Blasengröße bestimmt, zerfiel die Schaumphase des Bieres langsam und es dauerte ungefähr 25-mal länger, bis sie vollständig verpufft war, als die Schaumbildung dauerte.
Neben der weiteren Optimierung ihrer Rechenansätze will die Gruppe als nächstes die Auswirkungen von Düsenformen untersuchen.
„Dies wird dazu beitragen, die Schaumbildung zu kontrollieren, den Verbrauch und die Gießzeit zu reduzieren und die Gesamteffizienz des Gießprozesses zu verbessern“, sagte Lyu. „Durch die genaue Simulation des Schäumungsprozesses kann unser Modell dazu beitragen, die Qualität des Endprodukts zu verbessern, Kosten zu senken und die Produktivität in Branchen wie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Chemie und anderen zu steigern.“
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Wenjing Lyu et al, Experimentelle und numerische Untersuchung von Bierschaum, Physik der Flüssigkeiten (2022). DOI: 10.1063/5.0132657