Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

предела упругости, который в среднем равен 105 Па, реализу­ ется зона мгновенно упругих деформаций. Для нее модуль упругости составляет 0,6 -107 Па. Величина максимальной уп­ ругой деформации достигает 1,6-10~2, при увеличении нагрузки она остается постоянной. Вторая зона — упругого последейст­ вия, или условно-мгновенной пластичности, — переходная и лежит в пределах напряжений (1ч-3,5) 105 Па. Третья зона — пластических деформаций — лежит в области напряжений, пре­ вышающих 3,5 ПО4 Па. При этом общая деформация зависит не только от напряжения, но и от времени его действия.

Обработкой экспериментальных данных подобраны коэффи­ циенты к уравнению (I—96) для всех экспериментальных кине­ тических кривых (табл. 25). В уравнении (I—96) член, стоящий перед скобкой, характеризует мгновенную деформацию, второй член позволяет учесть развитие пластической деформации во времени. Коэффициенты зависят от биологического и физиче­ ского состояния мяса, поэтому погрешность в вычислении отно­ сительной деформации может достигать ± 1 5 % . Интервалы изменения переменных, при которых справедливо уравнение, следующие: (3,5 ч- 16) ДО5 Па и 1—180 с.

При времени действия давления 180 с коэффициент объем­ ного сжатия с учетом уравнения (I—96) можно определить по формуле

Для исследования коэффициента бокового давления колбас­ ного фарша и распределения давления в нем по высоте цилинд­ ра использованы установки с тензодатчиками (см. рис. 25) [36]. Значение коэффициента вычисляли по уравнению (I—97). Осевое давление по высоте цилиндра убывает, следовательно,

94

убывает и боковое, однако коэффициент бокового давленияостается неизменным, что обусловлено природой его прояв­ ления.

Зависимости между осевым и боковым давлениями, полу­ ченные из опытов, позволили рассчитать величины коэффи­ циента бокового давления, приведенные в табл. 25.

При сжатии фарша поршнем годного торца в узкой трубке диаметром D давление по высоте /г уменьшается. Если трубка вертикальная, поршень расположен сверху, то положительное направление для h будет верти­ кально вниз. Рассмотрим равновесие бесконечно тонкого слоя фарша dh, пренебрегая силой тяжести ввиду ее незначительности при малой высоте трубки.На слой действуют силы давления сверху и снизу, разность которых

ложительное направлении). Сжатие ведет к появлению запаса потенциаль­ ной энергии, возникновению силы трения между фаршем и трубкой (за счет бокового давления и объемной деформации) и пр. Примем, что две основные силы сопротивления (трения и объемная упруго-пластичная) пропорциональны a1pllD"dli; направлена она вверх, т. е. имеет знак ми­ нус. С учетом сказанного, равновесие слоя опишется дифференциальным, уравнением

r-D"

— — — dpи — a1phDndh = 0 .

4

После разделения переменных и интегрирования получаем

lg Ph = lg Рв — a2Dn~2h = lg рв — ah,

где яг, n — коэффициенты, подлежащие определению из опыта:

а = a2Dn~2 = 0,05D—* 0’ 33; а2 = 0,05; о =1, 67.

Окончательный вид уравнений для расчета осевого и боко­ вого давлений по высоте трубки:

Ph = Рв • Ргл = СРв • Ю-о/г. (1-99)

Эти уравнения показывают, что чем больше диаметр цилинд­ ра, тем меньше падение давления по высоте. Пределы примени­ мости уравнений: по диаметру от 0,02 до 0,05 м; по высоте от 0

до 0,3 м.

Для исследования кинетики деформации фарша при осевом сжатии между двумя пластинами использовали прибор (см. рис. 27) [2, 45]. Поскольку скорость верхней пластины постоян­ на, относительную деформацию сжатия вычисляли по формуле

этой величины в общей деформации не превышает 3—4%);

95

Постоянство скорости сжатия практически обеспечивает

(неизменность градиента скорости в(с-1), т. е. линия е(т) являет­ ся прямой и выходит из начала координат:

•Е

я:

На рис. 29, а приведены кривые в осях координат напряже­ ние — деформация а(е) для фарша русских сосисок, сжимае­ мого между пластинами площадью 0,0010 м2 со средней ско­ ростью 24 ■10-5 м/с. Как видно из рис. 29, а, напряжения зави­ сят от влагосодержаний и толщины слоя фарша. Для начальной зоны деформирования—упругой — вычислены пределы текучести от и модули упругости Е фис. 29, б), которые также зависят от влагосодержания и толщины слоя. С целью получения ин­ вариантных характеристик, т. е. независимых от толщины слоя, введена «линейная» вязкость — отношение напряжение сжа­ тия к градиенту скорости (рис. 29, в). Графо-аналитической об­ работкой экспериментальных данных получены расчетные зави­ симости :

для зоны упругих деформаций (г < 0,05):

где U — влагосодержание продукта, кг воды на 1 кг сухого вещества.

Полученные математические выражения удобны для расче­ та: зная влагосодержание продукта и необходимую степень сжатия, т. е. относительную деформацию, можно вычислить

•скорость деформации и напряжение сжатия при любой продол­ жительности процесса. Опыты с другими видами тонкоизмельченного фарша (для сарделек, докторской колбасы) показали применимость для расчетов приведенных выше зависимостей.

Результаты экспериментов по осевому сжатию, представленные выше в виде эмпирических зависимостей, были обобщены также с помощью теоретического уравнения [45]. Деформационному поведению фарша лучше всего соответствует модель стандартного линейного тела, которое

•описывается общим реологическим уравнением (I—14) [17, 105]

96

Уравнение (I—102в) представляет собой прямую, проходящую через начало координат; уравнение (I—102г) — прямую, но отсекающую на оси ординат отрезок А, причем в общем случае АтО. Для фарша А поло­

Методика расчета постоянных в уравнениях (I—102) достаточно про­ ста. Так, графо-аналитически из уравнения (I—102г) определяется А , как отрезок, отсекаемый на оси ординат, и Eft — по тангенсу угла наклона прямой. Из уравнения (I—102в) для участков кривых а(-с), выходящих из начала координат (см. рис. 30, а), вычисляется

и из выражения (I—1026)

А

% = +

Eft Е*

Экспериметальная проверка полученных выше соотношений выпол­ нена для фарша русских сосисок с различным влагосодержанием, фарша докторской колбасы и сосисок свиных. Характеристики фарша и их изменение приведены на рис. 30. Релаксационный модуль упругости (рис. 30, б) зависит как от скорости деформирования, увеличиваясь с ее ростом, так и от влагосодержания фарша, уменьшаясь при его повышении. Периоды релаксации для тонкоизмельченных видов фарша практически не зависят от его состава и влагосодержания (рис. 30, в, д). Однако при повышении градиента скорости они уменьшаются. Периоды релаксации

98

увеличиваются при возрастании толщины деформируемого слоя, если линейная скорость деформации постоянна (рис. 30, г). Эмпирические за висимости, связывающие найденные характеристики с условиями изме рения, имеют вид:

Сравнительно большой разброс точек на рис. 30, д обусловлен экспе­ риментальной трудностью измерения времен подрядка 1—3 с. Как видно из рис. 30, д, колебание абсолютной величины периодов релаксации дос­ тигает 1 с. Зависимости тЕ.о(ё,.) можно рассматривать как спектры времен релаксации по скорости деформации.

Рис. 30. Графические зависимости изменения релаксационных характерис­ тик при осевом сжатии фарша русских сосисок:

Комплексные исследования объемного сжатия фарша при термообработке в форме представляют интерес в связи с созда­ нием автоматизированных линий изготовления сосисок без обо­ лочки. Принципиально вопрос решается следующим образом: фарш нагнетается в форму, с торцов вводят поршни для подпрес­ совки и затем эта форма направляется на термическую обработ­