Optimale Strategien beim Schwenken Prof. Dr. Alfred K. Louis Peter Jonas Dipl.-Math. Roman Müller Dipl.-Math.

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Transcript Optimale Strategien beim Schwenken Prof. Dr. Alfred K. Louis Peter Jonas Dipl.-Math. Roman Müller Dipl.-Math.

Optimale Strategien beim Schwenken
Prof. Dr. Alfred K. Louis
Peter Jonas
Dipl.-Math. Roman Müller
Dipl.-Math. Uwe Schmitt
http://www.num.uni-sb.de
Schwenken - Tag der offenen Tür 2001
http://www.num.uni-sb.de und http://www.isca-louis.com
SB 09.06.2001
Schwenker
http://www.stephan-net.de : M.G. Stephan
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Saarland : Das Land der
Denker und Schwenker
• Gott lenkt
• der Mensch denkt
• der Saarländer schwenkt
Schorsch Seitz : Das saarländische Schwenkerbuch, Lehnert-Verlag, 2000
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Alfred Hein, Merzig :
Schwenkbraten ist das Nationalgericht der
Saarländerinnen
• Andere können es auch. Aber das Schwenken als Brauchtum ist
typisch für das Saarland. Das passt ganz einfach zu uns. Die
Gründe: Schwenker und Schwenkbraten sind rustikal. Sie
fördern die Nachbarschaft und das Wir-Gefühl. Sie zeigen auch,
dass der Saarländer durchaus innovationsfreudig ist. Jemand,
der neu ins Saarland kommt, muss vermuten, dass das
Schwenken ein jahrhundertealter Brauch bei uns sei - wie die
Passionsspiele in Oberammergau und das Fingerhakeln beim
Münchner Oktoberfest. Dabei haben wir erst in den siebziger
Jahren den Schwenkbraten importiert. Als Hunsrücker
"Schaukelbraten" fristete er bis dahin ein klägliches Dasein. Die
Saarländerinnen und Saarländer dachten wohl, dass das "mal
etwas anderes" sei.
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Schwenker
Mehrdeutige Definitionen
• Schwenkbraten
• Schwenkbratenständer ( Dreibein )
• Fachmann/Fachfrau am Gerät
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Optimal
Kriterien :
• Spaß beim Schwenken
– kann Funktion des Bierkonsums sein
– Varianten : Pastis, Rotwein beim Schwenken von Lamm etc.
• Schwenker schmeckt gut :
– Halbfertigware muß gut sein
– Fleisch muß durch sein ( Schweinefleisch )
– Fleisch muß nach Abschluß des Prozesses Kruste haben
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Maillard - Reaktion
Unter Hitzeeinwirkung ( > 100° ) reagieren bestimmte
Kohlenhydrate und Aminosäuren miteinander, wobei u.a.
geschmacksverbessernde Substanzen entstehen
( nicht in Mikrowelle, Wasser )
Hervé This-Benckhard, Rätsel der Kochkunst
( Naturwissenschaftlich erklärt ), Piper 1998
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Wärmezufuhr
• Wärmeleitung ( feste Körper )
• Wärmekonvektion ( Flüssigkeiten )
• Wärmestrahlung ( Grillen )
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Mathematische Modellierung
• Geometrische Vereinfachung
• Garheit = Temperatur
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Optische Simulation
http://www.webhans.de : Hans Spaniol, Spiesen
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Mathematische Modellierung
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Wärmeleitungsgleichung
dabei ist
  2u  2u  2u 

u  u    2  2  2 
t
 x1 x2 x3 
u(t , x)  u(t , x1 , x2 , x3 )
Temperatur zur Zeit t am Ort x
mit Temperaturleitzahl
• K Wärmeleitfähigkeit
•
spezifische Wärme

•
Dichte



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
K

cm 2 s 1
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Anfangs - Randbedingungen
• Temperatur vor dem Grillen
• Temperatur an geheiztem Rand
• Temperaturgradient am ungeheiztem Rand
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Steuerungsproblem I
• Bestimme minimalen Zeitpunkt so, daß minimale Temperatur im
Fleisch vorgegebene Gartemperatur erreicht.
• This-Benckhard :
Die Garzeit eines Truthahnes ist proportional dem Quadrat
seines Durchmessers
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Lösung des
Wärmeleitproblems für Kugel
• Anfangs-Randwertproblem für Kugel mit Radius R :

u  u
t
u (0, x)  u0
u (t , Rand )  u H
• Lösung :
2


n

 n 


n 1
u t , x   u H  2u0  u H    1 sinc 
x  exp    
t

  R  
 R 
nIN


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Wärmeleitung in der Kugel
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Garzeit
Minimale Temperatur in der Mitte der Kugel
1. Gar :
u(tGar ,0)  uGar
2. In erster Näherung
3. also

2 
u t ,0  u H  2(u0  u H ) exp    2 t   uGar
R 

tGar
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 2u H  u0  

 2 ln 

 u H  uGar 
R
2
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Verbessertes Modell
• Betrachte Querschnitt durch Schwenker :
• Garmodell :
t
g t , x     u  , x d
0
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
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Randbedingungen
• Periodische Randbedinungen
Simulation des Schwenkens
• Abstrahlungsbedingung nach oben
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Numerische Lösung des
Anfangs-Randwertproblem
• Trianguliere das Gebiet durch Finite Elemente Gebiet
• Bestimme Näherungslösung
Nh
uh (t , x)    t    x 
 1
• durch numerische Lösung des Systems gewöhnlicher
Differentialgleichungen
Ah  Bh
 Ah k    k x   x dx
Bh k    k x   x dx
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Der Computer schwenkt
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Völlig unrealistisches Beispiel:
Temperatur zu hoch !
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Qualitätskontrolle
Forderungen :
• Nichtinvasiv
• Temperatur ist nur Näherung für Garheit
Prüfen durch Druck :
– Beschreibe Zusammenhang zwischen Garheit und Elasitizitätsmodul des
Fleisches und automatisiere das Prüfverfahren ( IzfP )
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Resumee
• Einfache Modelle erklären Prinzipien
• Simulation mit komplexen Modellen liefert Einblicke ins Innere
und Möglichkeiten der Optimierung
• Noch zu klären :
• Wie wirkt sich das Begießen des Schwenkers mit Bier aus ?
• Was ist die optimale Frequenz beim Bewegen des Schwenkers ?
• Wie wirkt sich die zunehmende Erschöpfung des Schwenkers
aus ?
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Mathematik und Realität
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Projekte
• Inverse Probleme : Theorie und Algorithmen
• Computer - Tomographie 3D
– DKFZ - FHG IzfP : DFG
– Industrieprojekt
• Inverse Quellrekonstruktion bei EEG und MEG
– Neurologie RWTH, Philips, BMBF
– Anfrage Automobilindustrie
• Signalverarbeitung
– Lackschichtdickenbestimmung : Phototherm GmbH, Patent, BMBF
– Dopplersonographie: Medizin, Gerätebau
– Metrologie : Hochpräzismeßdatenverarbeitung
• Hochwasserprävention
– Modellierung des Wasserabflusses, Kooperation mit Geographen, Kubiniok
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