close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совершенствование межоперационного перемещения и интенсификация процессов формования полуфабрикатов из модельного теста различного зернового состава.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Щербаков Александр Сергеевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕЖОПЕРАЦИОННОГО
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
ФОРМОВАНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ
ИЗ МОДЕЛЬНОГО ТЕСТА РАЗЛИЧНОГО
ЗЕРНОВОГО СОСТАВА
Специальность 05.18.12 – Процессы и аппараты пищевых производств
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2013
2
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего
профессионального
образования
«Санкт-Петербургский
национальный
исследовательский университет информационных технологий, механики и
оптики». /Институт холода и биотехнологий/.
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Арет Вальдур Аулисович
Официальные оппоненты:
Алексеев Геннадий Валентинович
доктор технических наук, профессор
ФГБОУ НИУ ИТМО
зав. кафедрой ПиАПП
Иванова Марина Александровна
кандидат технических наук,
ООО «Wrigley», менеджер
Ведущая организация:
Санкт-Петербургский филиал
ГНУ ГОСНИИХП Российской
академии сельскохозяйственных наук
Защита диссертации состоится «11» декабря 2013 г. в 14 часов на заседании
диссертационного совета Д212.227.09 при Санкт-Петербургском национальном
исследовательском университете информационных технологий, механики и
оптики по адресу: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9, тел/факс (812)
315-30-15
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан «7» ноября 2013 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Валентина Степановна Колодязная
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Главным направлением исследований процессов и
аппаратов пищевых производств является выявление закономерностей
протекания технологических процессов, разработка методов расчета аппаратов
и совершенствование действующего оборудования для переработки, в
частности, мучного теста. В теории решения названных главных задач
необходимо проведение проблемно ориентированных экспериментальных,
аналитических и численных исследований, в которых плодотворными являются
методы физико-химической механики или реологии. Изучение реологических
свойств теста позволяет на стадии проектирования оборудования
прогнозировать и корректировать параметры оборудования с целью получения
готовых изделий требуемого качества.
Исследования Шведова Ф.Н., Ребиндера П.А., Воларовича М.П., Леонова
А.И., Рогова И.А., Мачихиных Ю.А. и С.А., Панфилова В.А., Николаева Л.К.,
Косого В.Д., Маслова А.М., Урьева Н.В. и ряда других выдающихся
отечественных ученых показали целесообразность реодинамического подхода к
решению проблем совершенствования процессов и аппаратов производства
пищевых продуктов. Это же обстоятельство нашло отражение в классических
работах таких зарубежных ученых, как Рейнер М., Скотт-Блэр Г., Вейссенберг
Р., Шоффильд Р., Боурне М. и многих других исследователей.
В настоящее время динамичное развитие получило производство
хлебобулочные изделия из пшеничной муки с добавлением муки разных
злаков, таких как: ржаная, овсяная, кукурузная, рисовая и гречневая. Данные
муки различного зернового состава обогащены минеральными веществами,
клетчаткой, высоким содержанием витаминов, микро- и макроэлементов, а
также сбалансированным аминокислотным составом.
Тесто на основе смесей муки различного зернового состава является
сложной сравнительно малоизученной гетерогенной системой, которая при
межоперационном транспортировании и в формующих каналах оборудования
проявляет
вязкоупругие
нелинейные
неньютоновские
эффекты.
Транспортирование в межоперационных трубопроводах теста из муки
различного зернового состава, исследование проблемы предельных скоростей
экструзии в процессе формования различных полуфабрикатов, сопоставление
результатов реометрии модельного теста на различных приборах, проведение
модернизации пищевого оборудования, сопровождающейся получением
высоких технико-экономических показателей, являются актуальными задачами
и имеют важное практическое значение.
В более общем государственном плане работа ориентирована на решение
задач, определенных приоритетными направлениями развития науки,
технологий и техники РФ, утвержденными Президентом РФ Пр-842 и Пр-843
от 21 мая 2006 года. Эти документы были обновлены указом Президента РФ от
7 июля 2011 г. № 899.
Работа выполнена на кафедре техники мясных и молочных производств
Санкт-Петербургского национального исследовательского университета
4
информационных технологий, механики и оптики института холода и
биотехнологий в соответствии с планом работы Научно - образовательного
центра «Производство продуктов питания из зерновых», созданного приказом
Ректора СПбГУНиПТ (ныне /Институт холода и биотехнологий/ НИУ ИТМО)
№308-о(а) от 18.09.2008 г.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является научнообоснованное совершенствование межоперационного транспортирования и
интенсификация процессов формования полуфабрикатов из теста различного
зернового состава.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие
задачи исследования:
- провести обзор машин и аппаратов, применяемых для транспортирования и
формования мучного теста;
- разработать математическую модель межоперационного транспортирования
модельного теста различного зернового состава;
- исследовать проблему достижения максимальных скоростей экструзии в
процессе формовании изделий из модельного теста различного зернового
состава;
- создать экспериментальную установку для опытного разделения местных и
линейных потерь давления при течении модельного теста в межоперационных
трубопроводах;
- экспериментально исследовать течение модельного теста в трубопроводах;
- провести сопоставление результатов реометрии модельного теста на
капиллярном и ротационном реометрах;
- провести практическую реализацию результатов экспериментальных и
теоретических исследований.
Научная новизна. Проведено сопоставление результатов реометрии
модельного теста различного зернового состава на капиллярном и ротационном
приборах, что позволило получить надежные данные для инженерного расчета
межоперационного трубопроводного транспорта.
Проанализирована численным методом с использованием программы
Mathcad зависимость скорости сдвига на ротационном вискозиметре от индекса
течения модельного теста и геометрии вискозиметра.
Исследовано влияние местных потерь давления при течении модельного
теста в трубопроводных межоперационных системах.
Разработана методика подбора рационального диаметра трубы для
межоперационного транспортирования теста.
Экспериментально определены режимы перехода ламинарного течения
модельного теста в турбулентный и эффекты разбухания экструдата.
Практическая ценность. Создана методика расчета межоперационного
трубопроводного транспорта мучного теста, разработан проект системы,
который внедрен на производстве.
На основе материалов данной диссертационной работы изготовлен
реометрический стенд, который используется в исследованиях в НИУ ИТМО
ИХиБТ в магистратуре и бакалавриате.
5
Ряд результатов исследований находит отражение в учебном процессе
при изложении дисциплины «Процессы и аппараты пищевых производств».
Новизна технических решений подтверждена заявкой № 2013129808 с
приоритетом от 28.06.2013 на патент.
Основные положения работы, выносимые на защиту:
- проблема потери устойчивости потока модельного теста в процессе
формования полуфабриката;
- научное обоснование технических решений, реализующих межоперационный
трубопроводный транспорт теста различного зернового состава;
- физические и математические модели механизмов линейных и местных
потерь давления при трубопроводном движении модельного теста различного
зернового состава;
- методика капиллярной вискозиметрии неньютоновских жидкостей с
исключением входовых потерь давления;
- сопоставление результатов ротационной и капиллярной реометрии
модельного теста.
Апробация работы. Основные положения и результаты, изложенные в
диссертационной работе, были представлены и обсуждены на: 39-ой научнопрактической конференции по итогам НИР за 2011 год профессорскопреподавательского состава, аспирантов и сотрудников кафедры ТММП,
Санкт-Петербург: НИУ ИТМО ИХиБТ, (2012 г.); XVII научной и учебнометодической конференции НИУ ИТМО ИХиБТ, кафедра техники мясных и
молочных производств секция №5, подсекция «Машины и аппараты пищевых
производств», Санкт-Петербург: НИУ ИТМО ИХиБТ, (2013 г.); III
международной научно-технической интернет-конференции молодых ученых
«Автоматизация, мехатроника, информационные технологии» (АМИТ):
ОмГТУ-FESTO, (Омск 2013г.); XII международной научно-практической
интернет-конференции «Проблемы и перспективы развития науки в начале
третьего тысячелетия в странах СНГ», (Переяслав-Хмельницкий, Киевская
обл., Украина, 2013 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе
10 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и подана заявка на получение
патента РФ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из
введения, глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на
109 страницах машинописного текста, включая 14 таблиц, 47 рисунков, список
литературы из 105 наименований, в том числе 23 иностранных, 13 приложений.
Содержание работы
На основе аналитического обзора научно-технической литературы
обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования,
проведен обзор машин и аппаратов, применяемых для транспортирования и
формования теста. Освещены преимущества трубопроводного транспорта с
точки зрения процесса монтажа и обслуживания, а также качества
передаваемого продукта на всех этапах технологического процесса. Изложены
6
способы формования пищевых масс, приведена классификация формующих
машин по типу нагнетателя и другим параметрам с построением граф-функции
согласно методике теории системного анализа. Проведено исследование
процесса межоперационного транспортирования вязкопластичных масс, а
также рассмотрены основные виды экструзии, применяемые в пищевой
промышленности. Схема исследований приведена на рис.1.
Теоретический этап исследований
Наукометрический анализ научно-технической литературы и
формулировка цели и задач исследования
Обзор машин и аппаратов для
транспортирования и формования
изделий из мучного теста
Теоретическое исследование
процессов экструзии и
транспортирования мучного
теста
Экспериментальная часть работы
Физическое моделирование процесса межоперационного
транспортирования модельного теста
Создание
лабораторной
установки
Разработка методики подбора рационального
диаметра трубы для межоперационного
транспортирования теста
Опытное разделение местных и линейных потерь давления при
течении теста в межоперационных трубопроводах
Изучение предельно интенсивного процесса экструзии модельного
теста
Практическая реализация результатов экспериментальных и
теоретических исследований реодинамики модельного теста
различного зернового состава.
Рисунок 1. Структурная схема исследований
В основе математической модели процесса
классические уравнения неразрывности и движения:
течения
теста
лежат
(1)
7
(2)
Одним из важных факторов, ограничивающих предельные скорости
экструзии теста различного зернового состава, является потеря устойчивости
потока, вызываемая взаимодействием сил инерции и вязкого трения, что
находит количественное отображение в критерии Рейнольдса. Течение теста
можно описать реологическими уравнениями степенной жидкости или
уравнением Шведова-Бингама, которые после ряда упрощений (ламинарность,
стационарность, несжимаемость) в общей дифференциальной форме имеют
вид:
(3)
Проведя двойное интегрирование, в том числе по частям, и перейдя от
переменной r к переменной τ, получим формулу расхода:
(4)
Сопоставив (4) с формулой Дарси-Вейсбаха и игнорируя отрицательное
слагаемое в формуле Букингема-Рейнера, можно предложить два вида
обобщенных критериев Рейнольдса:
(5)
(6)
Эксперименталы показали, что для модельного теста различного зернового
состава за критерий потери устойчивости следует взять формулу (5).
Опыты проводили на установке конструкции Щербакова А.С. - «Устройстве
для определения потерь давления в трубопроводах различной конфигурации»
(рис.6). Момент перехода ламинарного потока в турбулентный фиксировался
видеосъемкой по началу образования явления потери устойчивости экструдата.
Обобщенный критерий
при этом достигал 8500±50. Исследования
необходимо продолжить, поскольку не удалось однозначно выяснить роль
местных потерь давления в процессе возбуждения турбулентности в потоке
степенной жидкости.
Вторым важным фактором, ограничивающим интенсивность процесса
формования изделий, является разбухание потока из-за вязкоупругих свойств
теста при всестороннем сжатии.
Одну из наиболее сложных моделей вязкоупругих сред для мучного теста
предложили Шофильд и Скот-Блер, которая в символьной форме может быть
записана:
,
(7)
Опыты на коническом пластомере с использованием геометрического
коэффициента Арета показали, что предельными напряжениями можно
пренебречь для модельного теста. Тогда можно предложить более простую
вязкоупругую модель. Если в модель Кельвина - Фойгта для исследуемого
теста из муки различного зернового состава вставить последовательно модель
Гука, то символьная формула приобретет вид (рис.2):
8
(8)
Рисунок
2.
Упрощенная
модель
вязкопластичного теста из муки различного
зернового состава.
Математическое описание модели дает дифференциальные уравнения вида
(9)
Конечная деформация определяется по формуле (10)
(10)
Полагая на выходе из канала
напряжение сжатия
, тогда
дифференциальное уравнение (9)
интегрируется
разделением
переменных и дает выражение для
оценки
разбухания
и
деформации полуфабриката:
(11)
Рисунок 3. Деформация модельного теста при формовании.
Идея подбора рационального диаметра трубы для межоперационного
транспортирования теста заключается в совместном решении уравнения
неразрывности потока и движения с учетом реологического уравнения среды и
зависимости стоимости трубы от параметров.
1. Чем больше радиус трубы, тем меньше энергии требуется для перекачивания и
цена операции уменьшается.
2. Однако, чем больше радиус трубы, тем его цена больше.
Ценовая энергетическая функция (рис. 4.) имеет вид
(12)
Рисунок 4. Построение ценовой
энергетической функции при
заданном расходе.
Предложенная методика
построения
ценовой
энергетической
функции,
учитывающей стоимость труб и
расходуемой электроэнергии на
нагнетание,
позволяет
подобрать
рациональный
диаметр
трубы
для
межоперационного
транспортирования теста из
муки различного зернового
состава.
9
Выбор оборудования для межоперационного транспортирования и
формования был осуществлен методами системного анализа. На основе анализа
научно-технической литературы была составлена морфологическая модель
объекта, которая определила количество вариантов N=11340.
Очевидно, что морфологическая
модель дает широкий выбор
возможных вариантов, позволяет не
упустить какую-либо комбинацию
идентифицирующих
параметров.
Для
решения
конкретной
технической задачи целесообразно
построить граф-функцию (рис.5).
Рисунок
5.
Граф-функция
вариантов структуры оборудования.
Из соображений технико-экономической оценки и теории принятия
решений можно выбрать в качестве нагнетателя для производственных нужд
червячный насос, а для реометрии поршневой нагнетатель.
Экспериментально исследованы реологические свойства тестовых масс из
пшеничной муки и муки различного зернового состава. Исследование
реологических свойств является неотъемлемой частью при инженерном расчете
трубопроводного транспорта. Кроме того, изменение вязкости, скорости сдвига,
напряжения, потери давления оказывают существенное влияние на течение
технологических процессов, а значит и на качество полуфабриката и готового
изделия. Исследования проводили на экспериментальной установке,
представляющей капиллярный вискозиметр, созданный на кафедре техники
мясных и молочных производств Санкт-Петербургского национального
исследовательского университета информационных технологий, механики и
оптики, Института холода и Биотехнологий. Данная установка позволяет
выпрессовывать тесто различного состава с различными скоростями,
наблюдать визуально перемещение поршня, потерю устойчивости и разбухание
экструдата потока, изменять давление, оказываемое на поршень, а также
проводить измерения объемного расхода тестовых масс. Фотография
экспериментальной установки представлена на рисунке 6.
Рисунок 6.
Фотография
экспериментальной
установки:
1-поршень;
2-шток поршня; 3цилиндр; 4-линейка; 5крепление цилиндра; 6капилляры различной
конфигурации; 7-грузы.
10
В рабочем цилиндре 3 диаметром 39 мм и длинной 150 мм находится
поршень 1 того же диаметра. Шток поршня 2, соответственно, имеет длину 150
мм и диаметр 39 мм. Цилиндр и поршень являются стандартными изделиями, а
именно медицинскими шприцами объемом 150 мл. Визуальный контроль
перемещения поршня возможен благодаря тому, что цилиндр является
прозрачным. С одной стороны в цилиндре имеется отверстие для трубки 6,
которая герметично запаяна с цилиндром с помощью термоклея. Длина,
диаметр, радиус поворота трубки изменялись в зависимости от задачи
эксперимента. Достигалось это путем смены цилиндров с уже герметично
запаянными капиллярами различной конфигурации. Длины герметично
запаянных трубок изменялись от 50 до 200 мм. Внутренний диаметр трубки
имел значения 8, 10 и 12 мм. Радиус поворота трубки имел значение R=0 мм и
R= 50 мм. Длину хода поршня можно контролировать с помощью линейки 6, а
изменение объема продукта в цилиндре по нанесенной заводом
изготовителем шкале на корпусе цилиндра. Цилиндр неподвижно закреплен с
помощью специального крепления 5. Перемещение поршня достигается с
помощью давления, оказанного лабораторными грузами 7, подвешенными
через трос к верхней части поршня. Лабораторные грузы имеют различный вес
от 0,250 кг до 16 кг. Установка позволяет использовать грузы в различной
комбинации, что дает возможность создать требуемое давление во время
проведения экспериментов. Более подробная методика проводимых
исследований описана в диссертационной работе. Кроме того, для оценки
процесса стабилизации реологических свойств были проведены исследования
на фаринографе немецкой фирмы Brabender по штатной методике прибора.
По полученным экспериментальным данным определяли давление,
оказываемое на поршень (p), объемный расход модельного теста (Q),
напряжение сдвига (τ), скорость сдвига ( ), потери давления на входе в
капилляр (Δp).
Обработка полученных экспериментальных данных с помощью программ
CurveExpert и Mathcad дала следующую зависимость объемного расхода от
давления без учета входовых потерь давления:
График зависимости
на рис.7.
от
(13)
в исходной системе координат представлен
Рисунок 7.
График зависимости
объемных расходов
от
давлений
и ∆Р,
Па,построенный в
программе Mathcad.
11
На следующем этапе проведены экспериментальные исследования,
позволяющие определить влияние местного сопротивления на участке
капилляра в виде плавного закругления радиусом R= 50 мм. Графики функций
для прямого и изогнутого капилляра в единой системе координат построены в
программе Mathcad.
Для прямого капилляра зависимость объемного расхода от давления имеет
вид:
,
(14)
,
(15)
Для изогнутого капилляра:
Получим
Рисунок. 8. График зависимости объемных расходов
и
от давлений
и
для прямого капилляра и изогнутого капилляра с
радиусом поворота R=50 мм, построенный в программе Mathcad.
Результаты исследования показывают, что при сравнительно низких
скоростях течения влияние местного сопротивления, образованного плавным
изгибом капилляра не является существенным. Тогда как с увеличением
объемного расхода
роль изгиба капилляра возрастает.
Проведено сравнение реологических характеристик модельного теста на
основе пшенично-кукурузной муки, исследуемой на ротационном вискозиметре
Rheotest-Medingen GmbH Rn4.1немецкого производства (рис.9)
и на
капиллярном вискозиметре, изготовленном на кафедре, конструкция и принцип
действия которого был описан выше. Реометрировали тесто с использованием
цилиндра Н1. Основой расчета скоростей сдвига в Реотесте является формула
Маргулеса, которая справедлива только для ньютоновских жидкостей.
12
Рисунок 9. Ротационном
вискозиметре Rheotest-Medingen
GmbH Rn4.1
По
полученным
экспериментальным
данным
построена
кривая
течения
пшенично-кукурузной
модельного
теста
при
температуре
Т=20ºС
в
программе CurveExepert 1.3.
(рис. 10).
Поэтому, аналитически было исследовано и использовано в расчетах
влияние индекса течения степенной среды на действительную скорость сдвига
на стенке ротора вискозиметра (рис. 11).
Рисунок 10. Связь между скоростями сдвига и касательным напряжением
на поверхности цилиндра при Т = 20ºС.
Из графика видно, что тесто относится к вязко-пластичным материалам,
соответственно можно рекомендовать модель Оствальда де Виля
.
Таким образом, связь между скоростями сдвига и касательным напряжением
на поверхности цилиндра по данным, обработанным с помощью программы
CurveExepert 1.3. имеет вид:
(16)
Для сопоставления результатов ротационной и капиллярной вискозиметрии
исследования данного кукурузно-пшеничного модельного теста при Т = 20°С
параллельно проводили на капиллярной установке Щербакова А.С.
Для определения эмпирической зависимости напряжения сдвига на стенке
капилляра от скорости сдвига на стенке капилляра воспользуемся программой
CurveExpert. После внесения значений величин напряжения сдвига в поле для
13
оси Y и скорости сдвига в поле оси Х, программа CurveExpert1.3 предлагает
различные законы для построения данного графика, в числе которых из
физических соображений можно выбрать степенную функцию вида (16).
Если пользоваться стандартной методикой ротационных вискозиметров –
формулой Маргулеса, которая справедлива для ньютоновских жидкостей, не
учитывается нелинейная природа теста. На рис. 11 показано, как измеряется
действительная скорость на роторе ротационного вискозиметра в зависимости
от индекса течения. Для ньютоновской жидкости индекс течения
приближается к единице, формула Маргулеса работает абсолютно корректно, а
для других жидкостей необходимо делать пересчет на другие значения для
скоростей сдвига.
Рисунок 11. Влияние индекса
течения на отношение величин
действительной
скорости
сдвига степенной среды к
скорости сдвига ньютоновской
жидкости
на
поверхности
ротора. Кривая 1 – для ротора
S1,
, кривая 2 – для
ротора S2,
; кривая 3 –
для ротора S3,
.
Проведены экспериментальные исследования, позволяющие определить
зависимости эффективной вязкости и напряжения сдвига пшеничнокукурузного модельного теста от температуры и градиента скорости.
10000
η
1000
Т=20ºС градиент скорости 100
Т=20ºС градиент скорости 300
Т=30ºС градиент скорости 200
Т=40ºС градиент скорости 100
Т=40ºС градиент скорости 300
Т=20ºС градиент скорости 200
Т=30ºС градиент скорости 100
Т=30ºС градиент скорости 200
Т=40ºС градиент скорости 200
γ, с-1
100
0
50
100
150
200
250
300
Рисунок 12. Вязкостно-скоростные характеристики пшеничнокукурузного теста при температурах Т=20ºС, 30ºС и 40ºС.
14
Исходя из полученных экспериментальных данных, можно сделать вывод,
что изменение эффективной вязкости пшенично-кукурузного теста от
градиента скорости зависит от температуры. Например, при градиенте скорости
эффективная вязкость при температуре 30ºС имеет значение около 1500
Па·с, а при 40ºС около 1050 Па·с.
На графике видно, что с увеличением температуры продукта разница
эффективной вязкости от скорости сдвига уменьшается, и графики находятся
практически в одном диапазоне. Так, например, для Т=20ºС при значении
градиента скорости
эффективная вязкость имеет значения 4200 Па·с,
3350 Па·с и 2760 Па·с, а для Т=40ºС при том же градиенте скорости
эффективная вязкость имеет значения 1300 Па·с, 1230 Па·с и 1200 Па·с.
Следует отметить отсутствие влияния градиента скорости на эффективную
вязкость пшенично-кукурузного теста с ростом температуры продукта. Так для
Т=20ºС при проведении опыта для значений градиента скорости до
вязкость менялась следующим образом: при
-3900 Па·с,
-2840
Па·с,
-2200 Па·с,
-1860 Па·с,
-1670 Па·с, что показывает
снижение эффективной вязкости в 2,3 раза. Для Т=40ºС при проведении опыта
для значений градиента скорости до
вязкость менялась следующим
образом: при
-1400 Па·с,
-1050 Па·с,
-850 Па·с,
750 Па·с,
-695 Па·с, что показывает снижение эффективной вязкости в
2,0 раза.
Исходя из данных эксперимента, вязкость тестовой массы уменьшается с
увеличением температуры, что подразумевает необходимость тщательного
контроля и регулирования режима в процессе транспортирования тестовой
массы
по
трубопроводному
транспорту.
Соблюдение
требуемого
температурного режима позволит поддерживать требуемое качество
полуфабрикатов и готового изделия с требуемыми реологическими свойствами.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Методы системного анализа позволили научно – обоснованно выбрать
в качестве нагнетательного оборудования для операции транспортирования
червячный пресс, а для реометрических исследований местных потерь –
поршневой пресс.
2. Из теоретических и экспериментальных соображений, в качестве
достаточно адекватной реологической модели теста из муки различного
зернового состава была принята модель Оствальда де Виля (степенной
жидкости)
.
3. Предложенная методика построения ценовой энергетической функции
, учитывающей стоимость
труб и расходуемой электроэнергии на нагнетание, позволяет подобрать
рациональный диаметр трубы для межоперационного транспортирования теста
различного зернового состава.
15
4. Обобщенный критерий Рейнольдса
для степенной
жидкости позволяет расчетным путем на этапе проектирования формующего
оборудования выбрать максимально допустимую скорость экструзии.
5. На основе
экспериментальных исследований можно разделить
местные и линейные потери при течении теста различного зернового состава в
межоперационных трубопроводах.
6. Опыты показали, что в конкретных условиях течения модельного теста
различного зернового состава при объемном расходе
потерями давления на поворотах при проектировании межоперационных
трубопроводов можно пренебречь.
7. Учет вязкоупругих свойств теста позволяет дать оценку процессу
разбухания экструдата, как второму фактору, ограничивающему интенсивность
экструзии по формуле
.
8. Теоретическая математическая модель определения скоростей сдвига
на стенке ротационного вискозиметра и способ Рабиновича для капиллярного
вискозиметра позволяют получить сопоставимые результаты реометрии теста
на различных реометрах.
9. Киносъемка и фотосъемка позволяют визуально определить момент
нарушения устойчивости (ламинарности) потока экструдата и оценить процесс
его разбухания.
Условные обозначения:
,
– операторы преобразования;
- скорость в
направлении
компоненты,
r – цилиндрическая координата, м; СТЕэксплуатационные затраты; СТР- стоимость трубы; τ – напряжение сдвига, Па;
– скорость сдвига, с ; Q – объемный расход текущей среды через трубу, м³/с;
n – индекс течения; k – коэффициент консистенции; R – радиус капилляра, м; ν
– средняя скорость, м/с;
– плотность среды, кг/ м³;
,
,
,
–
эмпирические коэффициенты;
– критерий Рейнольдса; Sen – критерий СенВенана;
; µ – коэффициент динамической вязкости, Па·с; H – символ
тела Гука; N – символ тела Ньютона; Schw - символ тела Сен-Венана;
–
k
символ тела модели теста; R i(j)
– идентифицирующие признаки
морфологических параметров; – давление, оказываемое на поршень, Па; S –
среднеквадратичное отклонение;
– коэффициент корреляции; ΔР – потери
давления на входе в капилляр, Па; Т – температура продукта, °С; η –
коэффициент эффективной вязкости, Па·с.
Основное содержание работы изложено в следующих работах:
1. Арет В. А., Щербаков А. С. Капиллярная вискозиметрия пшеничного теста
методом исключения входовых потерь давления [Электронный ресурс]: Электронный
научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств». Санкт – Петербург:
СПбГУНиПТ, 2011. - №2.
16
2. Щербаков А.С. Вискозиметрия пшеничного теста [Электронный ресурс]:
Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств». Санкт
– Петербург: СПбГУНиПТ, 2012. - №1.
3. Арет В. А., Щербаков А. С., Кузнецов А.В. Влияние закругления трубы на
движение неньютоновской жидкости [Электронный ресурс]: Электронный научный
журнал «Процессы и аппараты пищевых производств». Санкт – Петербург:
СПбГУНиПТ, 2012. - №2.
4. Арет В.А., Байченко Л.А., Денисенко А.Ф., Николаев Л.К., Щербаков А.С.
Использование результатов ротационной вискозиметрии пшеничного теста в расчетах
трубопроводов [Электронный ресурс]: Электронный научный журнал «Процессы и
аппараты пищевых производств». Санкт – Петербург: НИУ ИТМО, 2013. - №1.
5. Арет В.А., Байченко Л.А., Щербаков А.С. Определение индекса течения и
коэффициента консистенции пшеничного теста // Известия Санкт-Петербургского
государственного аграрного университета. – 2013. - №30. – март. 2013. – С. 244-247.
6. Арет В.А., Байченко А., Байченко Л.А., Головинская О.В., Кузнецов А.В.,
Щербаков А.С. Сравнение реологических характеристик пшенично-кукурузной
тестовой массы, исследуемой на ротационном и капиллярном вискозиметре. Новые
технологии [Электронный ресурс]: – Реферируемый научный журнал; Майкоп, 2013.
– Вып.№2.
7. Арет В.А., Щербаков А.С., Машкин Д.В. Исключение влияния нестабильности
пшеничного теста на реологические показатели при ротационной вискозиметрии.
Новые технологии [Электронный ресурс]: – Реферируемый научный журнал;
Майкоп, 2013. – Вып.№2.
8. Щербаков А.С. Кинетика реологического поведения пшенично-кукурузного теста
при различной температуре продукта. Проблемы и перспективы развития науки в
начале третьего тысячелетия в странах СНГ: Сб. материалов международной научнопрактической интернет-конференции. – Переяслав – Хмельницкий, Украина, 2013. –
С. 16-18
9. Арет В.А., Щербаков А.С., Байченко Л.А. О потери устойчивости потока разно
зернового теста [Электронный ресурс]: Электронный научный журнал «Процессы и
аппараты пищевых производств». Санкт – Петербург: НИУ ИТМО, 2013. - №2.
10. Арет В.А., Щербаков А.С. Изменение реологических свойств пшеничнокукурузного теста при различных скоростях сдвига и температуры продукта
[Электронный ресурс]: Электронный научный журнал «Процессы и аппараты
пищевых производств». Санкт – Петербург: НИУ ИТМО, 2013. - №2.
11. Арет В.А., Щербаков А.С., Морозов Е.А. Виртуальный университет НИУ ИТМО
www.open-mechanics.com
в научном и учебном процессе. Автоматизация,
мехатроника, информационные технологии. Материалы 3 Международной научнотехнической интернет-конференции молодых ученых. (Омск, 15-16 мая 2013 г.).
[редкол.: В.Г.Хомченко, В.В. Клевакин].- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013.-220 с.- с. 202204.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа