- •Реологические основы расчета оборудования производства жиросодержащих пищевых продуктов
- •Список основных условных обозначений
- •Предисловие
- •Введение в инженерную реологию пищевой промышленности Основные общие понятия инженерной реологии пищевой промышленности и место реологии среди родственных дисциплин
- •Краткий исторический обзор развития реологии
- •Глава 1. Общая реология
- •1.1. Формализации Лагранжа и Эйлера
- •1.2. Законы сохранения вещества, количества движения и энергии
- •1.3. Дифференциальные уравнения неразрывности, движения и энергии
- •1.4. Тензор напряжений
- •1.5. Тензор скоростей деформаций
- •1.6. Вязкость, упругость, различные реологические эффекты
- •1.7. Реологические уравнения и уравнения состояния
- •Реологические уравнения
- •1.8. Вязкоупругость
- •1.9. Общая классификация реологических моделей пищевых сред
- •1.10. Микрореология
- •Глава 2. Реометрия
- •2.1. Классификация приборов и методов реометрии
- •2.2. Приборная инвариантность, имитационность и обработка данных в реометрии
- •2.3. Теория капиллярных вискозиметров
- •Реологические свойства казеина
- •2.4. Теория ротационных вискозиметров
- •2.5. Теория конических пластометров
- •2.6. Элементы теории различных реометров
- •2.7. Некоторые результаты реометрии пищевых сред
- •Значения коэффициента динамической вязкости меланжа,
- •Значения коэффициента динамической вязкости животных жиров,
- •Реологические свойства фаршей
- •Эталонные характеристики мясного фарша
- •2.8. Связь между структурно-механическими характеристиками и сенсорной оценкой качества продуктов
- •Глава 3. Реодинамика
- •3.1. Резание пласта вязкопластичного продукта
- •3.2. Течение пищевых сред по наклонной плоскости
- •Уравнения расхода жидкости
- •3.3. Течение пищевых сред в трубах прямоугольного сечения
- •3.4. Течение в различных рабочих каналах пищевых машин и аппаратов
- •3.5. Упрощенная линейная теория червячных нагнетателей
- •3.6. Уточненная гидродинамическая теория червячных нагнетателей
- •Значения поправочных коэффициентов kv и kр расходно-напорной характеристики червячного нагнетателя
- •Расчет поправочных коэффициентов для гидродинамической теории червячных нагнетателей в программе MathCad
- •3.7. Расчет червячных экструдеров по методу совмещенных расходно-напорных характеристик
- •3.8. Вероятность формосохранения пищевых изделий
- •3.9. Сопротивление движению лопасти смесительного аппарата
- •Глава 4. Экспериментальные исследования реологических характеристик жиросодержащих пищевых продуктов
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Методика проведения исследований
- •4.3. Обобщение результатов реологических исследований
- •4.4. Смеси мороженого
- •4.5. Маргарины
- •4.5.1. Маргарины с содержанием жира 82 %
- •4.5.2. Маргарины с содержанием жира от 40 до 75 %
- •4.6. Кулинарные жиры
- •4.7. Пищевой топленый свиной жир
- •4.8. Мясной студень
- •4.9. Плавленые сыры
- •4.10. Кисломолочные продукты
- •4.10.1. Сметана с содержанием жира 20 %
- •4.10.2. Кисломолочный напиток «Бифидок»
- •4.10.3. Кисломолочный напиток «Ряженка»
- •4.10.4. Кисломолочный напиток кефир «Фруктовый»
- •4.10.5. Кисломолочный напиток кефир «Детский»
- •4.11. Сливочный сыр сладкий
- •4.12. Творог
- •Список литературы
- •Приложение к гл. 4
- •Результаты экспериментальных исследований влияния температуры продукта и градиента скорости на реологические характеристики маргарина брускового «Росинка»
- •Глава 5. Учебно-методический материал
- •5.1. Вопросы и задания для самоконтроля и дистанционного обучения по инженерной реологии
- •5.2. Информационные технологии обучения – примеры программ для персональных компьютеров
- •Желаем удачи!
- •Желаем удачи!
- •Желаем удачи!
- •5.3. Вариант рабочей программы дисциплины «Инженерная реология»
- •Раздел 3
- •Тема 3. Основные структурно-механические свойства пищевых продуктов.
- •Раздел 4
- •Тема 4. Методы и приборы для измерения структурно-механи-ческих свойств пищевых масс.
- •Раздел 5
- •Тема 5. Предельное напряжение сдвига пищевых материалов.
- •Раздел 6
- •Тема 6. Реометрия на ротационных вискозиметрах.
- •Раздел 7
- •Тема 7. Капиллярная вискозиметрия.
- •Раздел 8
- •Тема 8. Реодинамическая теория экструдеров.
- •Раздел 9
- •Тема 9. Реодинамические расчеты трубопроводов, контроль процессов и качества продуктов по структурно-механическим характеристикам.
- •Часть 2. Лабораторный практикум
- •Часть 3. Список литературы
- •5.4. Некоторые единицы измерений
- •Заключение
- •Список рекомендуемой литературы
- •Предметный Указатель
- •Глава 1. Общая реология 20
- •Глава 2. Реометрия 71
- •Глава 3. Реодинамика 153
- •Глава 4. Экспериментальные исследования реологических характеристик жиросодержащих пищевых продуктов 191
- •Глава 5. Учебно-методический материал 301
- •Реологические основы расчета оборудования производства жиросодержащих пищевых продуктов
Глава 4. Экспериментальные исследования реологических характеристик жиросодержащих пищевых продуктов
4.1. Общие сведения
Значительное число пищевых продуктов относится к структурированным системам, которые обладают свойствами псевдопластичной среды.
Характерной особенностью псевдопластичных жидкостей является уменьшение их эффективной вязкости при возрастании градиента скорости, что объясняется упорядочением асимметричных молекул, которые в результате отмеченного располагаются по более длинной оси. При этом направление длинной оси совпадает с направлением потока жидкости, тем самым уменьшается напряжение сдвига, а следовательно, происходит уменьшение эффективной вязкости среды [1].
Свойствами псевдопластичной жидкости в определенных интервалах температур обладают животные жиры, маргарины, смеси мороженого, кулинарные жиры, творог, сметана, кисломолочные напитки, плавленые сыры, мясные студни и др.
Для описания кривых течения продуктов, обладающих свойствами псевдопластичной жидкости, достаточно широко применяется реологическое уравнение Оствальда де Вале
, (4.1)
где k и n – константы; – градиент скорости, с – 1.
Константу k можно рассматривать как показатель консистенции. Нередко эту константу называют постоянной Оствальда, являющейся мерой вязкости жидкости. Константа n характеризует степень реологического отличия исследуемого продукта от ньютоновской жидкости. Для псевдопластичных жидкостей n < 1.
При логарифмировании (4.1) получается уравнение, из которого очевидно, что графическая зависимость в двойных логарифмических координатах lg τ – lgбудет прямой линией. Это означает, что кривые течения, которые могут быть описаны степенным реологическим уравнением Оствальда де Вале, в двойных логарифмических координатах аппроксимируются прямыми линиями.
Степенным реологическим уравнением достаточно точно описываются отдельные участки кривой течения при изменении градиента скорости в пределах двух-трех декад [2].
4.2. Методика проведения исследований
Для измерения реологических характеристик вязких продуктов широко используются ротационные вискозиметры, конструктивные разновидности которых описаны в работах [3–5] и др.
В данном учебном пособии исследование реологических характеристик продуктов проводилось на ротационном вискозиметре «Реотест RV». Для каждого опыта бралась новая порция продукта и по достижении заданной температуры ее термостатировали в течение 20 мин, после чего измеряли вязкость исследуемого продукта при возрастающих значениях частоты вращения цилиндра.
Для поддержания равномерной и постоянной температуры пробы наружный неподвижный цилиндр с темперирующим резервуаром соединяли с жидкостным циркуляционным термостатом. Температура термостатирования пробы поддерживалась с точностью ±0,1С. Порция исследуемой пробы помещалась в зазор между рабочими цилиндрами вискозиметра. При каждой очередной температуре использовалась новая порция исследуемого продукта. Привод вискозиметра позволял устанавливать 24 различные скорости вращения цилиндра. В разных сериях опытов использовали цилиндры H, S1, S2 и S3, с помощью которых выполняли измерения вязкости и касательных напряжений в диапазоне градиента скорости от 0,17 до 1312 с–1; а температуру исследуемого продукта изменяли от 0,3 до 80 С.
В каждой серии опытов цилиндры подбирали согласно рекомендациям по обслуживанию вискозиметра с таким расчетом, чтобы градиентный слой распространялся на весь продукт, размещенный в кольцевом зазоре измерительного устройства вискозиметра. Кроме того, расчетным путем находили толщину градиентного слоя Δr и сопоставляли с фактической величиной кольцевого зазора [6]:
, (4.2)
где nв.р – частота вращения ротора, с – 1; Rр – радиус ротора, м.
Погрешность измерения прибора при определении вязкости неньютоновских сред не превышала ±4 %.