Современный подход к составлению реологических моделей вязко-пластичных материалов
Скачать 86.41 Kb.
|
| УДК 637.5.07 СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К СОСТАВЛЕНИЮ РЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВЯЗКО-ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Кабулов Б.Б., к.т.н., доц. РГКП «Семипалатинский государственный университет имени Шакарима» Республика Казахстан, г. Семей Подавляющее большинство пищевых сред представляют собой дисперсные системы, суспензии, коллоидные растворы. Для научно обоснованного проектирования технологического оборудования необходимо знать структурно-механические характеристики (СМХ) этих сред [1, 2]. Известно много случаев, когда в процессе технологической обработки один и тот же продукт переходит из одного реологического состояния в другое, часто противоположное по свойствам первому. Эти изменения сырья до готового продукта происходят за счет изменения внутреннего энергетического состояния, которые характеризуются работой, совершенной за счет протекания различных процессов, в данном случае за счет процессов тонкого измельчения, перемешивания и формования. Работу, осуществляемую при протекании процессов, можно представить в виде   , (1)где f(F) – функция усилий, воздействующих на сырье; х – параметр, определяющий воздействие усилия. Вязкость неньютоновских материалов зависит от скорости деформации, связана со структурой и изменением ее при течении. В свою очередь течение материала зависит от его физико-химических особенностей: от формы и расположения молекул, концентрации, температуры, влажности, мицеллообразования [1]. Добавлением ингредиентов к чистому растворителю, например к фаршу, можно увеличить его вязкость и тем самым изменить характер его течения. Установлено, что для описания течения колбасного фарша наиболее приемлемым является реологическое уравнение Бингама  (2)При течении колбасного фарша с высокими значениями градиентов скоростей их структура разрушается и значение СМХ снижается. Величины реологических характеристик различных видов фарша существенно отличаются. В определенной мере они показывают качественное состояние структуры продуктов, т.е. состав, степень механической обработки и пр. Течение колбасного фарша также можно описать общим уравнением Гершеля-Балкли, по которому можно представить девять кривых течения [3]. В таблице 1 приведены сдвиговые характеристики различных видов фарша при 10 ºС. Эти характеристики могут отличаться от производственных композиций мясных продуктов на различных предприятиях довольно существенно – до 50%. При расчете оборудования для механической обработки колбасного фарша и их рабочих органов следует исходить из наибольших или наиболее вероятных значений характеристик, которые могут иметь место на практике.Для описания равновесного состояния между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке используется эффективная вязкость  , которая зависит от изменений градиента скорости и напряжения сдвига. , (3)где  - безразмерный градиент скорости, т – темп разрушения структуры, показанный в таблице 2.Таблица 1Сдвиговые характеристики различных видов фарша при 10 ºС
Таблица 2Реологические константы колбасного фарша
СМХ фарша зависят от состава и от ряда технологических факторов (температуры, влагосодержания, степени измельчения, длительности перемешивания, давления и т.д.). На основе изучения механических моделей Бингама, Шведова, Шоффильда-Скоттблера [1], Рэнкина и проведенного обоснования для описания поведения колбасного фарша при механической обработке была разработана механическая модель, которая состоит из модели Бингама с элементом, отражающим потерю прочности фарша при резании (рисунок 1). При измельчении давление через нож передается фаршу, который измельчается при напряжении, превышающем предельное напряжение резания (θр). Время приложения силы резания настолько мало, что мгновенно достигается предельное напряжение резания. Измельченные частицы фарша вначале испытывают вязко-упругую деформацию (G, пл), затем при напряжении, превышающем ПНС (θ0), фарш пластически деформируется и начинает течь. При перемешивании и формовании фарш ведет себя подобно телу Бингама, сочетающего упругость, вязкость и пластичность.  Рис. 1. Механическая модель реологического тела - колбасного фарша при механической обработке. Реологическое уравнение механической модели реологического тела - колбасного фарша можно получить следующим образом. Общая деформация модели колбасного фарша равна сумме деформаций  , (4)где  ,  ,  ,  - угловые деформации соответственно тел Гука, Ньютона, Сен-Венана и элемента, отражающего потерю прочности фарша при резании.Беря производную от левой и правой частей уравнения (38), получим  . (5)Величину  определим из реологического уравнения тела Ньютона с учетом условия Сен-Венана . (6)Величину  определим из реологического уравнения тела Гука . (7)Величину  определим из реологического уравнения тела Ньютона  . (8)Подставив уравнения (6, 7, 8) в (5), получим реологическое уравнение модели колбасного фарша  , (9)где  - предельное напряжение резания.Разработанные механическая модель реологического тела - колбасного фарша и ее реологическое уравнение необходимы не только для объективной оценки консистенции фарша, но и для изучения его поведения на всех стадиях комплексной механической обработки. Моделирование поведения вязко-пластичных материалов можно проводить на основе не только механических моделей, но и электрических. При этом механическое напряжение сопоставляют с напряжением электрической цепи, скорость деформации – с электрическим током, модуль упругости - с обратной величиной емкости, а вязкость – с сопротивлением. Последовательное соединение элементов механической модели эквивалентно параллельному соединению элементов электрической цепи, а параллельное в механической модели – последовательному соединению в электрической. Для составления электрической модели вместо моделей Гука, Ньютона и Сен-Венана используем модели Генри, Ома и Фарадея. В идеальном упругом теле Гука - Фарадея электроэнергия, затраченная на заряд, накапливается и может быть возвращена при разряде. Идеальновязкая жидкость Ньютона - Генри характеризуется тем, что в ней электрическое напряжение пропорционально силе тока. Идеальнопластическое тело Сен-Венана – Ома может быть представлено в виде электрического сопротивления. При перемещении зарядов в вязко-пластичных материалах сопротивление противодействует их движению. На преодоление этого противодействия затрачивается электроэнергия, которая преобразуется в тепло. Физическое поведение вязко-пластичных материалов объясняется характером их структуры, которая предотвращает движение при напряжениях, меньших предела текучести. Электрическое поведение вязко-пластичных материалов объясняется работой, которая совершается сторонними силами при перемещении частицы материала. Электрическая аналогия модели поведения вязко-пластичных материалов состоит из элементов Генри L, Ома R и Фарадея С. Элементы Ома и Генри соединены последовательно, а вместе параллельно с элементом Фарадея (рисунок 2). Эта модель характеризуется законом Ома. Рис. 2. Электрическая аналогия механической модели реологического тела - колбасного фарша при механической обработке. Рассмотрим участок цепи с последовательным соединением элементов R и L. На каждый из элементов будет падать напряжение UR и UL. По второму закону Кирхгофа для мгновенных значений:  (10)Полное сопротивление участка цепи будет равно:  , (11)где R – электрическое сопротивление элемента Ома, XL - электрическое сопротивление элемента Генри. Запишем закон Ома для участка цепи:  . (12)При параллельном соединении двух ветвей цепи из первого закона Кирхгофа следует, что  , (13)где I1, I2 – токи в параллельных ветвях; I – общий ток. Полное сопротивление участка цепи будет равно:  , (14)где XС – электрическое сопротивление элемента Фарадея. Тогда общий ток участка цепи:  . (15)Учитывая, что  . (16)Можно записать уравнение электрической аналогии:  . (17)Заменяя переменные уравнения на реологические, получим реологическое уравнение модели среды Бингама. Таким образом, моделирование с использованием электрических моделей позволит применять моделирующие компьютера при изучении упруго-вязко-пластических свойств пищевых продуктов, а также при расчете процессов механической обработки. Список использованной литературы: 1. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. – 216 с. 2. Еркебаев М.Ж., Мачихин Ю.А., Медведков Е.Б., Попелюшко А.В., Комогоров Г.П. Современные способы механической обработки пищевых масс. – Алматы, изд-во ИЦ ПКО «Казснабобразования», 1998. - 140 с. 3. Косой В.Д. – Совершенствование процесса производства варенных колбас - М. : Лег. и пищ. промышленность, 1983. – 272 с. Реферат УДК 637.5.07 СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К СОСТАВЛЕНИЮ РЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВЯЗКО-ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Кабулов Б.Б., к.т.н., доц. РГКП «Семипалатинский государственный университет имени Шакарима» Республика Казахстан, г. Семей Статья посвящена составлению реологических моделей вязко-пластичных материалов. Приведены основные реологические уравнения течения колбасного фарша. Приведены сдвиговые характеристики различных видов фарша. Разработаны механическая модель и ее реологическое уравнение для описания поведения колбасного фарша при механической обработке. Разработана электрическая аналогия реологической механической модели колбасного фарша. Такой подход при моделировании позволит применять моделирующие компьютера при изучении упруго-вязко-пластических свойств пищевых продуктов, а также при расчете процессов механической обработки. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Гапоу со «Вольский педагогический колледж им. Ф. И. Панферова» компетентностный... Компетентностный подход в образовании: от теории к практике: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции / Под... | | Исследование моделей корпоративной социальной Рассматриваются вопросы формирования моделей корпоративной социальной ответственности, используемых в мировой практике (европейской,... |
| Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка моделей и образцов... «Разработка моделей бакалавра по специальности и магистра по специальности. Реализация моделей по группам специальностей» |  | Программа для студентов специальности 010503. 65 «Математическое... Целью изучения курса «Математическая экономика» является приобретение умений построения математических моделей и навыков алгоритмизации... |
| Рекомендации для преподавателей по составлению аккредитационных педагогических... Мсоко) и на основании Положения о проведении независимой оценки уровня функциональной грамотности в форме единого муниципального... | | Современный креативный арт-терапевтический подход как средство достижения... С. М. Наумова, педагог дополнительного образования, творческий центр «Личность» Комитета образования юао г. Москвы |
| Высшего профессионального образования Целью изучения курса «Эконометрика» является приобретение умений анализа статистических данных и построения эконометрических моделей,... | | 1Статья подготовлена с использованием подборки материалов, подготовленной... Комплексный подход к проблеме обеспечения безопасности образовательных учреждений 1 |
| Современный учитель творец, создающий урок как произведение педагогического... Современный учитель – творец, создающий урок как произведение педагогического мастерства. А современный руководитель? Что создает... | | Подготовка материалов для электронного тестирования Понятие и использование Методические рекомендации предназначены для всех кафедр и структурных подразделений Южно-Уральского профессионального института.... |
| Современный подход к преподаванию иностранного языка Эта цель достигается путем формирования в учащемся коммуникативной компетенции, что и является основной целью обучения иностранному... | | Креативный подход при обучении чтению на иностранном языке в старших классах Современный учитель должен учитывать влияние креативности на факторы становления личности старшеклассника, повышения мотивации обучения... |
| Оценка реологических свойств в штукатурных составах Л. С. Стреленя, к Х. н., главный технолог, М. С. Илларионова, руководитель лаборатории, Н. Г. Сергиенко, химик-технолог; Н. А. Шкута,... | | Отзывы участников пилотного проекта «Педагогический десант» «Системно-деятельностный подход как основа достижения обучающимися личностных, предметных и метапредметных результатов», «Продуктивные... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Настоящее Положение определяет порядок проведения конкурса «На лучшую авторскую разработку учебно-методических материалов (электронное... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Современное образование, современная школа, современный урок, современный учитель… Какие они? |
