Tobacco burn simulation/cs

Zadání

Název simulace: Spalování tabáku v dýmce

Předmět: 4IT495 Simulace systémů (LS 2016/2017)

Autor: Daniel Šrám, srad01

Typ modelu: Systémová dynamika

Modelovací nástroj: Vensim PLE

Definice problému

Dýmka.

Simulace se bude zabývat pálením tabáku a vzniku vlhkosti v hlavičce dýmky. Tabáková směs v dýmce doutná za velmi vysoké teploty. Teplota je tím vyšší, čím větší je přívod kyslíku, tedy čím rychleji uživatel kouří. Této teplotě je vystavena jak dřevěná hlavička dýmky, tak tabák, který je v ní umístěn. Přitom se vyvíjí vlhkost, a to tím více, čím vyšší je teplota. Tato vlhkost (kondenzát) se skládá z přirozené vlhkosti tabáku, která je žádoucí, poněvadž suchý tabák nechutná dobře. Tabáková směs je tvořena dvěma typy tabáku - Virginia a Burley. Virginia má delikátní chuť, ale je obecně sušší, rychle hoří a produkuje vyšší teplotu, pokud je kouřena příliš rychle, zatímco Burley hoří pomaleji, produkuje menší teplotu a do směsi je přidáván právě pro jeho dobré kuřácké vlastnosti. Část vlhkosti tabáku se při kouření vypaří, zbylou část absorbuje zatím nedoutnající tabák (převážně Burley) a hlavička dýmky. Dřevo dýmky však kondenzát nesnáší dobře a dokáže jí pojmout jen omezené množství. Kdyby vstřebalo veškerý kondenzát, změnila by se dýmka v močál a chutnala by velice nevábně. Při kouření je tedy důležité, aby co nejméně vlhkosti proniklo přímo ke dřevu, zároveň ale dýmka nesmí vyhasnout.

Vlhkost tabáku je měřena jako procento vody tvořící váhu tabáku (MBW - moisture by weight). Pro skladování tabáku je optimální 15-24% MBW. Kouřit lze tabák v rozmezí 10-18% MBW a záleží to na preferenci uživatele. Nutné je ovšem vzít v potaz, že čím vlhčí tabák je, tím větší potřebuje teplotu, uvolňuje více kondenzátu, ale má obecně lepší chuť.

Cíl

Cílem bude nalézt optimální rychlost kouření (v počtu potahů za minutu) v závislosti na podílu Burley v tabákové směsi, za současného nevyhasnutí dýmky, nepoškození dřeva přílišnou teplotou a uvolnění minima kondenzátu. Sekundárně a čistě nezištně může simulace sloužit k namíchání optimální tabákové směsi pro požadovanou dobu kouření.

Metoda

Na zpracování modelu bude použita systémová dynamika, konkrétně bude použit program VensimPLE. Díky systémové dynamice budeme schopni pozorovat vývoj spalování tabáku v čase, to nám umožní sledovat všechny závisloti a nalézt hraniční hodnoty jednotlivých proměnných. Klíčové ovšem bude namodelovat veškeré vztahy, které v problematice dýmání hrají roli.

Model

Primární hodnoty modelu

• produkce tepla -
• teplota v hlavičce dýmky -
• chladnutí dýmky -
• produkce vlhkosti -
• vlhkost hlavičky dýmky -
• produkce močky -
• močka v hlavičce dýmky -

Operativní proměnné modelu

• podíl Burley v tabákové směsi -
• rychlost kouření -
• četnost dusání tabáku -
• okolní teplota - Tato proměnná ovlivňuje produkci tepla a její hodnoty mohou nabývat -10 až 35 stupňů Celsia.
• vlhkost vzduchu - Tato proměnná ovlivňuje produkci vlhkosti a její hodnoty mohou nabývat 0% až 100%.
• vlhkost tabáku - Tato proměnná ovlivňuje produkci vlhkosti a močky a její hodnoty mohou nabývat 5% až 24%.

Casual loop diagram

Na následujícím vyobrazení je možno vidět diagram kauzálních smyček. Pomocí tohoto nástroje jsou zanalyzovány vzájemé vlivy proměnných v modelu.

Stock and flow diagram