Инженерная реология как наука об основных физико-механических свойствах сплошных тел
Большая часть процессов в пищевой промышленности связана с переработкой пищевых масс, в виде сплошных тел представляющие собой сложные системы с определенной пространственной структурой, и являющихся дисперсными системами, суспензиями, коллоидными растворами, различными вязкопластичными материалами. Изучение поведения этих материалов, под действием внешних сил, в процессе их технологической обработки занимается наука реология с ее развитым теоретическим и экспериментальным аппаратом. Поэтому, приступая к изучению всего разнообразия пищевых материалов и их свойств, начнем с рассмотрения основ реологии, как науки, позволяющей описать большинство присущих пищевым материалам физико-механических свойств.
Реологию рассматривают как механику реальных систем. В реологии изучение строения продукта, его структурно-механических свойств осуществляется с помощью современных физических и физико-химических методов, среди которых важное место занимают физико-механические (реологические) методы, так как они близки задачам проектирования рабочих органов и организации технологического процесса.
Реология - наука о деформациях и текучести вещества. Греческое rhios - течение, поток.
Реология рассматривает процессы, связанные с необратимыми остаточными деформациями и течением разнообразных вязких и пластичных материалов (неньютоновских жидкостей, дисперсных систем и др.), а также явление релаксации напряжений, упругого последействия и т.д.
Реология - новая развивающаяся наука - находится в процессе становления и тесно переплетается с гидромеханическими теориями упругости, пластичности и ползучести, в ней широко пользуются методом вискозиметрии. С реологией приходится встречаться в разных разделах техники, в том числе при проектировании и конструировании машин и аппаратов пищевых производств.
1.1. Разделение объектов исследования в реологии
В инженерной реологии существует несколько подразделов, изучающих разные объекты; интерес представляет теоретическая и экспериментальная реология.
Теоретическая реология (феноменологическая реология или макрореология) может рассматриваться как часть механики сложных сред, она занимает промежуточное положение между гидромеханикой и теориями упругости, пластичности и ползучести. Аналитическим путем она устанавливает зависимости между действующими на тело механическими напряжениями, вызываемыми деформациями и их изменениями во времени. При обычных в механике сложных сред допущениях об однородности и сплошности материала теоретическая реология решает разные краевые задачи деформирования и течения твердых, жидких, дисперсных и др. тел. Основное внимание обращается на сложное релаксационное поведение вещества, например, когда одновременно проявляются вязкие и упругие свойства или вязкие и пластические свойства.
Экспериментальная реология (реометрия) рассматривает различные реологические свойства веществ с помощью специальных приборов и испытательных машин, определяет методы испытаний.
Знание физико-механических и реологических свойств продуктов производства и закономерностей их изменения может указать новые пути управления технологическими процессами и отыскание правильного решения при проектировании машин и рабочих органов.
1.2. Разнообразие сфер применения науки реология
Перерабатываемое на пищевых предприятиях сырье и полуфабрикаты, как и готовая продукция, обладают весьма разнообразными физико-механическими и реологическими свойствами. Процессы по переработке пищевых продуктов отличаются от процессов в других производствах своим многообразием и большой сложностью. Один перечень сырья занял бы много времени, поэтому будем рассматривать обобщенные категории материалов.
К основным процессам, в описании которых реология является крайне необходимой для данной категории специалистов, можно отнести следующие:
- нагнетание вязкопластических масс, таких как хлебопекарное и макаронное тесто, кондитерские массы, фарш и пасты, различными рабочими органами: шнеками, волками, плунжерами, шестеренчатыми насосами и т.п.;
- выпрессовывание пищевых масс через формующие отверстия матриц для придания изделиям необходимой формы, причем часто массы выдавливаются одновременно через большое количество отверстий, и в этих случаях вопрос обеспечения равномерности скорости истечения из всех отверстий по фронту матрицы является весьма важным;
- штампование упруго-пластических масс для придания изделиям требуемой формы или нанесение рельефного рисунка, транспортирование вязких и вязко-пластических масс по каналам различного профиля, длины и диаметра;
- смешивание двух или несколько компонентов для получения однородных смесей;
- изменение материала в процессе статического или динамического воздействия различными рабочими органами: жерновым постовом, вальцами, молотками, различной конструкции дробилок и др.
