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

30

блоки и барабан. Влияние трения в уплотнениях учитывают при тарировке на разных давлениях и частотах вращения ротора.

Размеры измерительных роторов могут влиять на показания прибора 138]. В литературе пока нет обобщающих сведений по этому вопросу [161, однако некоторые рекомендации по выбору оптимальных размеров рабочих органов приборов можно дать [36]. Оптимальной считается на­ именьшая величина кольцевого рабочего зазора, при которой сдвиг бу­ дет распространяться на всю его толщину, но при равномерном распре­ делении давления по высоте зазора. Последнее уменьшает предпосылки проявления эффекта Вайссенберга [161. Толщина зазора должна быть на порядок выше размера частиц, чтобы исключить механическое «закли­ нивание» при измерениях и иметь равномерно изменяющийся градиент скорости. Для полусфероцилиндрических вискозиметров типа РВ-8 с уменьшением величины зазора будет уменьшаться ошибка от возмущения потока вязкой жидкости, создаваемых стыками цилиндрической и сфериче­ ской частей ротора прибора [16]. Например, для тонкоизмельченных видов мясного фарша оптимальное отношение наружного радиуса ротора RB к внутреннему радиусу стакана /?„ лежит в области 0,8—0,9 прирадиусё ротора 0,016—0,018 м [36].

Деформационное поведение реальных тел может описываться различ­ ными математическими моделями. Поэтому при разработке теории при­ бора исходная модель 1137], выбранная для вывода интегральных расчет­ ных формул, должна возможно более точно описывать существенные сдви­ говые свойства тела в данной области напряжений и градиентов скорости. Следует отметить, что в паспортах к приборам РВ-8 и РВ-4 для расчета сдвиговых свойств приведены формулы, основанные на модели Бингама. Эта модель, как показал 10. А. Мачихин 181], применима к пралиновым конфетным массам. Она была использована также довольно приближенно для обобщений экспериметальных данных по мясным фаршам [38,106].

Измерительный ротор соприкасается с продуктом не только боковой поверхностью, но и торцом. Сопротивление на торце может быть учтено следующим образом. Измерения проводят при двух-трех высотах продук­ та в рабочем зазоре. Экстраполяция прямой на графике «крутящий мо­ мент-высота» до пересечения с осью абсцисс дает в отрицательной области отрезок эквивалентной длины Лэкв, который нужно прибавить к общей высоте продукта. Эквивалентная длина показывает высоту цилиндричес­ кой части ротора, на которой сопротивления будут такие же, как на тор­ це. Иногда, например, у вискозиметра «Реотест», плоский торец заменен вогнутой «воздушной подушкой», что оправдало себя при работе с вяз­ кими жидкостями. Для пластично-вязких систем такая форма торца не­ приемлема. При исследовании подобных систем в зоне плоского торца воз­ никают значительные нормальные напряжения, которые обусловливают выход продукта из зазора и наматывание его на внутренний цилиндр [16]. Сжатый воздух в подушке резко усиливает эти эффекты. Кроме наз­ ванных способов, используют сдвоенные роторы, роторы колокольного типа и др. Для пластично-вязких систем, на наш взгляд, целесообразно использовать вискозиметры с сочетанием измерительных поверхностей различной формы, например коницилиндрические или полусфероцилин­ дрические. Ротационные вискозиметры типа РВ системы Воларовича имеют сферический торец в сочетании с цилиндрической поверхностью

(см. рис. 5 и 6).

Величины крутящих моментов, возникающих на измери­ тельной поверхности ротора с радиусом R q [16, 106, 133], имеют следующие значения:

31

цилиндрическая поверхность

полусферическая поверхность

**Я3В

плоская поверхность торца

где 0 — напряжение сдвига на поверхности.

Если форма измерительной поверхности составная,то общий крутящий момент М, измеряемый на валу ротора, равен сумме моментов на обеих поверхностях:

плоскоцилиндрическая

полусфероцилиндрическая

По этим формулам эквивалентная высота для плоскоцилинд­ рического ротора составляет ^экв — Лв3 , для полусфероцилинд-

рического — /гэкв = -2—2-. Тогда комбинированные измеритель-

4

ные органы можно считать цилиндрическими, но высоту про­ дукта в^зазореопределять по приведенной высоте hnp — /г + /гэк„. Общий крутящий момент определяется по углу закручивания торзиона (с предварительной тарировкой) либо, если привод ротора реализуется от падающих грузов (см. рис.5), по моменту на шкиве, т. е. M = mRg,

где т — общая масса грузов, за вычетом массы (точнее силы) на трение в подшипниках;

R — радиус шкива.

32

При изучении деформационного поведения пластично-вяз­ ких тел в коаксиальном зазоре при достаточной его ширине можно обнаружить три деформируемых слоя (в ряде случаев, как показали Н. В. Тябин и Г. В. Виноградов, число слоев может быть и больше трех). При достаточной ширине кольца эти три слоя имеются в наличии у любого ротационного виско­ зиметра. При малой ширине кольца остается один — градиент­ ный слой. Первый слой — у вращающегося цилиндра — имеет наибольший градиент скорости. Во втором слое он постепенно уменьшается, а в третьем —• практически равен нулю, здесь возможны деформации типа ползучести. У вязких и высоко­ вязких жидкостей градиентный слой распространяется на всю ширину кольца.

Толщина градиентного слоя определяет величину градиента скорости. Если обозначить толщину градиентного слоя Дг,

градиент скорости ё(с-1) приближенно можно представить в виде линейной зависимости (по Д. С. Великовскому [66] — средний градиент):

Дг

Из формулы (I—36) видно, что толщина слоя определяет величину градиента. Поэтому в расчетных формулах под наруж­ ным радиусом Rn следовало бы понимать не геометрический ра­

диус стакана, а радиус градиентного слоя, т. е. RB — Дв+ Дг. Однако определить величину Дг чрезвычайно сложно, в связи с

чем названный метод расчета (по RH) не получил распростра­ нения.

Крутящий момент сопротивления, возникающий между двумя коаксиальными цилиндрами, определяется по формуле Маргулиса [14, 16, 29]:

Момент между двумя полусферами вычисляется по формуле Сокольского [16, 29]: