炎炎夏日，來罐透心涼的汽水吧！轉開瓶蓋，沒有嘶嘶的聲音？汽水竟然變成沒有氣泡的糖水，發生甚麼事了！這不是汽水呀！稍安勿躁，可口可樂的研發團隊解釋，為了避免這樣的情況發生，必須維持瓶內的二氧化碳，同時將氧氣盡可能地隔絕在外界空氣。然而關鍵取決於瓶身的材質與製造過程，足以影響上述兩種氣體穿透瓶身的流動。 可口可樂的工程師藉由SIMULIA Abaqus模擬充滿液體的飲料瓶的輸送過程、堆放、落摔以及撞擊，來驗證其瓶身的設計，在維持強度的前題下，達到輕量化之目的。然而真正的挑戰是如何準確預測氧氣與二氧化碳進出瓶身之現象。首先，針對氧氣的流入，上海可口可樂全球創新技術中心採用質量擴散分析程序，以實體元素執行空間離散化，取得PET的材料參數以及瓶身的幾何外型後，沿瓶身厚度方向設定壓力梯度，外側壓力大於內側，因此模擬氧氣流經隨時間流入瓶身之現象。 另一種方法是熱傳分析。 事實上，熱傳的控制方程式同氧氣擴散問題之方程式，差異在於關注的焦點為傳導溫度，而非氣體濃度之改變，模型採薄殼元素，觀察內側的熱通量隨瓶身厚度以及材料性質之變化。 上述兩種分析結果顯示，氧氣的流量非常接近實測的每日0.04毫升，聽起來數值很小，但如果經年累月地存放，累積的氧氣量足以影響飲料的品質，以果汁為例，每1毫克的氧氣會消耗11毫克的維他命C。 第二個挑戰是二氧化碳的損失，新出爐的可樂，瓶內的二氧化碳壓力為60psi，等同充飽氣的輪胎內壓，當內壓將到原先的78.6%時，汽水變得平淡無味，問題來了，二氧化碳的濃度多久會降到臨界值以下？ 壓力損失不僅涉及二氧化碳的流出現象，更有瓶身因為內壓隨時間微量擴張的潛變效應，而造成內壓二次損失，多出來的空隙由二氧化碳填補，因此汽水的氣泡量更少。該團隊以熱傳方法分析該現象，僅耗時2小時，遠少於實測的一週以上時間。 有了上述的分析結果，該團隊得以最佳化PET的瓶身形狀、壁厚以及製造過程，並在未來的日子，開發其他的材料，如植物塑膠。 關鍵字：SIMULIA Abaqus、模擬、汽水 下載PDF