Течение вязкопластичных жидкостей при малых скоростях деформации Текст научной статьи по специальности «Физика»

Таблица 2

фреляции,

киренного I раза при

!нных при \ 'озрачных ю в 2,25,

[ 2,12 раза *„ = 5. отся впер-зависимо-ги ультра->в и филь-юлока пу-ературы и

шй могут гике.

McKenzie. —

itals of dairy 4. - P. 456, : факторов и афильтрации 9-93.

tion of casein ultrafiltration - 52 (3). —

и реологиче-

S., ,U,OK7. ДЙС.

оводсгво ДЛЯ юдуктов. —

с стандартов, продукты. —

isotherms of ^gric. Engng

62-404.2

ТЕЧЕНИЕ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ ЖИДКОСТЕИ ПРИ МАЛЫХ СКОРОСТЯХ ДЕФОРМАЦИИ

А.Н. ПИРОГОВ

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Основная гипотеза, положенная в основу описания кривой течения вязкопластичной жидкости, полученной в координатах напряжение сдвига 0— скорость деформации у , закл ючается в том, что во всем интервале температур течение вязкопластичной среды обладает тем свойством, что максимальные касательные напряжения 0 по величине всегда больше некоторой величины 0О (условного динамического предельного напряжения сдвига) и являются функцией максимальной скорости деформации у 11]. Математически течение вязкопла-стичной жидкости описывается известным уравнением Шведова-Бингама

©

(0

го комбината ’’Солти” (Кемерово). Эмалевый шликер представляет собой суспензию, включающую твердую фазу, состоящую из стеклянной фритты, размеры частиц которой достигают десятых долей миллиметра, и частиц коллоидных разменов, значительная часть.которых вводится глиной, а жидкая фаза содержит растворенные в воде соли, суспендирующие и клеящие добавки .

Для начальных участков кривых течения (рис. 1) получены следующие значения реологических характеристик: эмалевый шликер (кривая 1) — (2о = 12,3 Па, ^ЕЛ1 = 63,8 мПа-с; сметана (кривая

= 75,9 мПа-с. Из рассмот-

2) *— 0„ = 19,5 Па,

©о + Чш X-

где 7]пп — коэффициент пластической вязкости.

В ряде работ отмечается, что вязкопластичные жидкости обладают также статическим предельным напряжением сдвига 0С, ниже значения которого течение в среде отсутствует [2]. Кроме того, по начальному участку кривой течения вычисляют максимальную ньютоновскую вязкость, характеризующую течение среды при практически неразрушенной структуре.

Цель настоящих исследований — установить, обладают ли вязкопластичные жидкости предельным статическим напряжением сдвига ©с, и уточнить положение начального участка кривой течения для таких сред.

Для решения задачи использовали ротационный вискозиметр Reotest-2, реализующий метод у =

= const. Исследования проводили при температуре 291 К с применением измерительных цилиндров S/S2 (радиус наружного цилиндра R = 20,(НО м, радиус внутреннего цилиндра г = 18,8-10 м) в диапазоне скоростей деформаций 0<у <16,2 с ".

В качестве модельных вязкопластичных сред были взяты эмалевый шликер, используемый на КМК (Новокузнецк) для нанесения на металлическую посуду, и сметана жирностью 15% молочно-

'2 -Чи,

рения кривых 1 и 2 следует, что их экстраполяция до оси 0 позволяет сделать заключение о наличии предельных напряжений сдвига 0 и 0С^.

При исследовании подобных сред на ротационных вискозиметрах при малых скоростях деформаций, даже при сравнительно высокой степени однородности напряженного состояния, что обеспечивается уменьшением зазора между цилиндрами, экспериментально очень1 трудно установить, распространяется ли деформация сдвига по всему зазору между вращающимися измерительными цилиндрами или же зона разрушения структурного каркаса жидкости (зона пластического течения) локализуется в слое, прилегающем к вращающемуся цилиндру.

Ппастическап лона S р

Рис. 2

На рис. 2 представлена описанная выше картина деформирования вязкопластичной жидкости в коаксиальном зазоре, где Я и г — радиусы внешнего неподвижного и внутреннего вращающегося цилиндров; 6 — ширина зоны пластического течения; р = (г + д) — текущий радиус слоя, до которого распространяется пластическое теченйе в зависимости от угловой скорости су внутреннего

ИЗіВЕС

цилиндра; А = (R - г) — ширина зазора между цилиндрами (в данной работе А = 1,2-10 3 м).

Для решения этой задачи воспользуемся уравнением A.A. Ильюшина [3] для цилиндра радиуса г, вращающегося в вязкопластичной среде в цилиндре радиуса R с угловой скоростью со:

у = ”,—ТТТ2- (4)

1 - (r/R)

Эта формула использована для расчета скоростей деформации в таблицах, прилагаемых к вискозиметру Reotest-2.

Из изложенного следует, что при получении экспериментальных точек кривых течения исследуемых вязкопластичных сред в указанных на рис. 3 диапазонах угловых скоростей со реальные скорости деформации у будут выше расчетных, полученных по формуле (4), так как зона пластичной деформации не распространяется на весь зазор Д.

Таким образом, реально кривые течения в данном диапазоне угловых скоростей должны располагаться выше. Эти скорректированные скорости деформации у* для каждой из исследуемых сред легко получить по формуле (4), вводя в нее вместо радиуса наружного цилиндра R соответствующее значение радиуса пластической зоны деформации р, полученное по данным рис. 3 для каждого приборного значения угловой скорости СО.

Например, при указанных выше значениях радиусов R и г для приборной угловой скорости внутреннего цилиндра со = 0,058 с-1 вычисленное по формуле (4) приборное значение скорости деформации у = 1,00 с” . Для вычисления скорректированного, т.е. реального значения скорости деформации у , например, для сметаны поступают следующим образом. По кривой 2 (рис. 3) для ю = = 0,058 с"1 получают ширину пластической зоны (3 = 0,24-10_3 м. Тогда радиус пластической зоны р = г + <5 = 19,04-10 3 м. Подставив значение р в формулу (4) вместо радиуса наружного цилиндра R при аз = 0,058 с-1 и г = 18,8-10_3 м, получают искомое значение у = 4,60 с-1. Результаты расчетов у для обеих сред при других значениях приборных угловых скоростей а) представлены в таблице.

Таблица

— -In

- - 1 =

2fti X '

(2)

где % — коэффициент текучести, учитывающий прочностные и вязкостные свойства среды. Для вязкопластичной среды принимаем в качестве X коэффициент пластичности по М.П. Воларовичу, т.е. х = ©оЛ™-

Заменив радиус внешнего цилиндра R на неизвестный нам радиус зоны пластического деформирования р = г + д, из уравнения (2) получим выражение

со

Р

и

ШР-

1

-во-

(3)

При известных значениях ©0 и г)П1 для каждой из исследуемых модельных сред, задавая в формуле (3) значения р = г + д, где д = (0, 0,2, 0,4, ..., 1,2)-10 3 м, были получены зависимости со = /(<5), представленные графически на рис. 3. Эти зависи-

мости дзют возможность определить, с кзкои угловой скоростью (о должен вращаться внутренний цилиндр радиуса г, чтобы зона пластической деформации в исследуемой среде достигла заданного радиуса р.

Из анализа кривых рис. 3 следует, что зона пластического течения не будет распространяться на весь зазор А = 1,2-10 3 м: для эмалевого шликера — при со <0,76 с”1 (кривая /), а для сметаны — при си <1,02 с-1 (кривая 2).

Известно [4], что скорость деформации для ко-аксиально-цилиндрической измерительной системы можно рассчитать по формуле, вытекающей из формулы Маргулеса для ньютоновских жидкостей:

Приборные значения 1,00 1,80 3,00 5,40 9,00 16,20

скоростей, с : деформации, у угловых, (О 0,058 0,105 0,174 0,314 0,523 0,942

Скорректированные значения скоростей, деформации у, с~1

эмалевый шликер 3,60 4,64 6,00 8,24 10,8 16,2

сметана 4,44 5,49 6,93 9,28 12,5 16,69

По данным таблицы на рис. 1 построены скорректированные участки кривых течения эмалевого шликера (кривая Г ) и сметаны (кривая 2' ). Экстраполирование кривых Г и 2' показывает, что исследованные вязкопластичные среды текут от "нуля” на режиме ползучести, т.е. не имеют статического предельного напряжения сдвига 0С. При этом значения максимальной ньютоновской вязкости, рассчитанные для обеих исследуемых

сред п лись I римен

24,4%

1. В го прі режт ния,

2. С муле . ной н коплаї 24,4%

3.Z

гичесг

Bi

С. КАІ Д. БАЇ

Вьісшаі (Плоед,

Кубана

Академ,

НИИ ”1

Чел наїзьів; , , териз) НОГО V. НИИ 01

ретаю' торые зации склерс эти ве вающіі систек прюцес Такі пюре, высуш пюре.1

НЯ:ТЬ И

Цел]

режим

димую

НО'СТЬ ]

ми БА, В ре

чены п ка, му фицир кислот Гото стекля: лизова.

I, № 4,2001

(4)

:та скоро-ых к вис-

олучении ИЯ иссле->іх на рис. ьные ско-1ТНЫХ, по-іастичной ь зазор Д. гая в дан-ны распо-; скорости ;мых сред [ЄЄ вместо ствующее формации і каждого си.

ениях ра-скорости шсленное зрости де-I скоррек-скорости тоступают 3) для со = :кой зоны ской зоны

[ЧЄНИЄ р в

цилиндра получают я расчетов [риборных 5лице.

Таблица

9,00 16.20 0,523 0,942

10,8 16,2 12,5 16,69

>ены скор-эмалевого івая 2' ). жазывает, ■еды текут не имеют сдвига ©с. тоновской :ледуемых

сред после корректировки кривых течения, оказались меньше их значений, полученных по экспериментальным данным, для эмалевого шликера на 24,4%, для сметаны — на 20,3%.

ВЫВОДЫ

1. Вязкопластичные среды не имеют статического предельного напряжения сдвига, а текут на режиме ползучести от нулевой точки кривой течения.

2. Скорости деформации, рассчитанные по формуле Маргулеса, завышают значения максимальной ньютоновской вязкости исследованных вязкопластичных сред: для эмалевого шликера — на 24,4%, для сметаны — на 20,3%.

3. Для получения достоверных значений реологических характеристик при исследовании началь-

ных участков кривых течения вязкопластичных сред необходимо использовать измерительные цилиндры с минимальным коаксиальным зазором.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. — М.: Наука, 1960. — 378 с.

2. Горбатов A.B. Реология мясных и молочных продуктов. — М.: Пищевая пром-сть, 1979. — 381 с.

3. К вопросу о вязкопластичном течении материала / A.A. Ильюшин / / Тр. конф. по пластическим деформациям. — М.: Изд-во АН СССР, 1936. — С. 5-18.

4. Азаров Б.М., Арет В.А. Инженерная реология пищевых производств. — М.: МТИПП, 1978. — 112 с.

Кафедра прикладной механики

Поступила 20.12.2000 г.

637.142.002.612

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ НА СОДЕРЖАНИЕ АМИНОКИСЛОТ И ВИТАМИНОВ В МОЛОЧНО-ПЛОДОВЫХ КОНСЕРВАХ

С. КАЦАРОВА, И.А. КУЛИКОВ, М. БОГДАНОВА,

Д. БАЙКОВА, М. ЧАНЕВА

Высший институт пищевкусовой промышленности. (Пловдив, Республика Болгария)

Кубанский государственный технологический университет Академия медицинских наук (Республика Болгария)

НИИ "Рыбпром" (Бургас, Республика Болгария)

Человеческий организм часто испытывает так называемые гипокинетические состояния, характеризующиеся нарушениями жирового, углеводного и холестеринового обменов. В этом отношении особое значение в структуре питания приобретают биологически активные вещества БАВ, которые являются реальным средством для нормализации обменных процессов и профилактики атеросклероза. Согласно современным научным данным эти вещества обладают свойствами, восстанавливающими и нормализующими состояние нервной системы, стабилизирующими нервно-психические процессы [1].

Такие вещества содержатся в молочно-плодовых пюре., приготовленных в виде консервов на основе высушенной молочной сыворотки и абрикосового пюре. Однако тепловая стерилизация может изменясь их состав.

Цель настоящей работы — подбор подходящих режимов стерилизации, которые обеспечат необходимую стерильность и, следовательно, безопасность готовой продукции с наименьшими потерями БАВ.

В рецептуру молочно-плодовых консервов включены пюре из абрикосов, сухая молочная сыворотка, мука из пшеничного зародыша, высокоэтери-фицированный пектин, сахароза, аскорбиновая кислота, вода.

Готовые молочно-плодовые пюре упаковывали в стеклянные банки типа ТО-190 (190 см3) и стерилизовали по двум режимам:

25-68-20 98° С

25-68-29— проба 1;

15-25-20 105 °С

1,5 атм.— проба 2.

Стерилизацию проводили в лабораторных автоклавах кафедры технологии консервирования ВИПВП. После этого в консервах определяли содержание аминокислот (свободных и в белковых гидролизатах) на аминоанализаторе ААА 881 Microtechna (Чехия) [2, 3].

Содержание витаминов В2, С, Е в пробах определяли методом жидкостной хроматографии на хроматографе Perkin-Elmer Series 4 Liquid Chromatograph HPLC [3].

•■■■- Полученные результаты были обработаны статистически.

Стерилизационные режимы молочно-плодовых консервов проектировали с помощью программы, разработанной на основе теории проф. Фикиина [4]. Необходимый F-эффект вычисляли по отношению к эталонному микроорганизму С/. Bc.tu.li.niim,

• Начальная температура пюре принималась равной 90-92°С. Физико-химические показатели составили: сухое вещество 18,6%; pH 3,7; плотность р 1014 кг/м3. Разработку режимов осуществляли для различных температур второй фазы стерилизации Г2: 98 и 105°С.

Для контроля санитарной безопасности проб стерилизованные по двум режимам образцы подвергали микробиологическому исследованию в независимой санитарной исследовательской лаборатории ’’Аскон” ЕАД (Асеновград, Республика Болгария). Данные санитарно-микробиологических, исследований показали надежность спроектированных стерилизационных режимов.

Результаты исследований содержания аминокислот в белковых гидролизатах проб и свободных