มหาวิทยาลัยการพิมพ์แห่งรัฐมอสโก ความหนืดของระบบการกระจายตัวที่มีความเสถียรในการรวมตัวของของเหลว

การจำแนกประเภทของวัตถุดิบ	ชื่อผลิตภัณฑ์	คุณสมบัติทางรีโอโลยีทั่วไป
แข็งเปราะ	ช็อกโกแลต คุกกี้ แครกเกอร์ วาฟเฟิล ผลิตภัณฑ์อัดรีด คาราเมล แครกเกอร์ เครื่องอบผ้า พาสต้า ขนมปัง	ความต้านแรงดึง โมดูลัสยืดหยุ่น
ยางยืดพลาสติก	ขนมปัง, แป้งสาลี, แป้งพาสต้า, แยมผิวส้ม, มาร์ชเมลโลว์, มาร์ชเมลโลว์, ลูกอม, ไขมันแข็ง, ขนมปังขิง, กลูเตน, เจลาติน	ความต้านแรงดึง โมดูลัสความยืดหยุ่น ความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด การยึดเกาะ
พลาสติกหนืด	แป้งไรย์ แป้งขนมชนิดร่วน ซาวครีม มายองเนส ผลิตภัณฑ์เจล ผลิตภัณฑ์ขนมกึ่งสำเร็จรูป	ความหนืด การยึดเกาะ ความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด (ความแข็งแรงของพลาสติก)
มีลักษณะคล้ายของเหลว	สารแขวนลอยยีสต์, สารละลายเกลือ, สารละลายน้ำตาล, มาการีนละลาย, นมเต็มส่วน, เวย์	ความหนืด ค่าสัมประสิทธิ์แรงตึงผิว
แป้ง	แป้ง น้ำตาลทราย แป้ง เกลือแกง	มุมพักผ่อน ลักษณะทางกลระหว่างการกด

คุณสมบัติทางรีโอโลยีหลัก ได้แก่ ความยืดหยุ่น ความเป็นพลาสติก ความหนืด และความแข็งแรง

ซึ่งหมายความว่าวัสดุชนิดเดียวกันนั้น ขึ้นอยู่กับสถานะและสภาวะการโหลด อาจแสดงคุณสมบัติทางรีโอโลยีที่แตกต่างกันไม่มากก็น้อย ตัวอย่างเช่น วัสดุพลาสติกที่มีความหนืด เช่น แป้งพาสต้า เมื่อต้องรับภาระทันที โดยทั่วไปจะมีพฤติกรรมเหมือนตัวที่ยืดหยุ่น และการเสียรูปของพลาสติกและการไหลที่มีความหนืดแทบจะขาดหายไป ภายใต้สภาวะการรับน้ำหนักอื่นๆ คุณสมบัติของพลาสติกและความหนืดมีความสำคัญมากกว่า ดังนั้นก่อนอื่นจำเป็นต้องค้นหาคุณสมบัติของวัสดุที่อยู่ระหว่างการศึกษาภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดซึ่งเป็นคุณสมบัติหลักในการพิจารณา

ให้เราพิจารณาแนวคิดพื้นฐานทางกายภาพ เครื่องกล และคณิตศาสตร์ที่ใช้ในรีโอโลยี

ประเภทของการเสียรูป. เมื่อใช้โหลดภายนอกกับวัสดุ วัสดุนั้นจะได้รับผลกระทบซึ่งส่งผลให้ขนาดและรูปร่างเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงของวัสดุเหล่านี้เรียกว่าการเสียรูป ขึ้นอยู่กับการใช้งานของโหลด การเปลี่ยนรูปจะแบ่งออกเป็นสองประเภทโดยพื้นฐาน: ครั้งแรก - การเปลี่ยนรูปการบีบอัดแรงดึงปริมาตร (เชิงเส้น) และครั้งที่สอง - การเปลี่ยนรูปเฉือน ในตอนแรกมีเพียงปริมาตร (ขนาดเชิงเส้น) ของวัสดุเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลงและรูปร่างของวัสดุไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดเจน ในระหว่างการเสียรูปด้วยแรงเฉือน รูปร่างของวัสดุจะเปลี่ยนไป แต่ปริมาตรยังคงเท่าเดิม การเสียรูปประเภทนี้มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกัน ซึ่งกำหนดโดยอัตราส่วนหมัด ความสามารถในการเปลี่ยนรูปภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกเป็นคุณสมบัติหลักของวัสดุของวัตถุจริงทั้งหมด

การเสียรูป- นี่คือการเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือขนาดเชิงเส้นของร่างกายภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกโดยมีการเปลี่ยนแปลงของความชื้นอุณหภูมิ ฯลฯ ซึ่งอนุภาคหรือโมเลกุลถูกแทนที่โดยสัมพันธ์กันโดยไม่ละเมิดความต่อเนื่องของร่างกาย

ขึ้นอยู่กับประเภทของการเสียรูปของร่างกายจะแบ่งออกเป็นปริมาตรเชิงเส้น (ปกติ) และแรงเฉือน การเปลี่ยนแปลงขนาดเชิงเส้นของร่างกายมักจะแสดงเป็นหน่วยสัมพันธ์ของการเสียรูป

การเสียรูปสัมพัทธ์ของร่างกายภายใต้การบีบอัดแรงดึงปกติ แสดงโดย แสดงถึงอัตราส่วนของการเสียรูปสัมบูรณ์ต่อขนาดเริ่มต้นของร่างกาย ซึ่งกำหนดโดยสูตร: . (2.1)

การเสียรูปสัมพัทธ์ตามปริมาตรของร่างกายถูกกำหนดโดยสูตร

โดยที่ , คือการเสียรูปสัมพัทธ์ของร่างกายตามแนวแกน x, y, z

ความเค้นเฉือนสัมพัทธ์แสดงถึงอัตราส่วนของค่าสัมบูรณ์ของการกระจัดของแรงเฉือนของชั้นภายใต้อิทธิพลของแรงสัมผัสต่อความหนาของมัน ชม.กำหนดโดยสูตร

การเสียรูปแบ่งออกเป็นแบบยืดหยุ่นเช่น หายไปหลังจากถอดโหลด และตกค้าง กลับไม่ได้ ไม่หายไปหลังจากถอดโหลด การเสียรูปที่เหลือซึ่งไม่ได้มาพร้อมกับการทำลายของวัสดุเรียกว่าพลาสติกและวัสดุนั้นเรียกว่าพลาสติก

อัตราความเครียด, , s -1 นี่คือการเปลี่ยนแปลงของการเสียรูปเมื่อเวลาผ่านไปซึ่งกำหนดโดยสูตร

ในการบีบอัดแรงดึง: ;

เมื่อเปลี่ยนเกียร์: . (2.4)

แรงดันไฟฟ้า, , Pa เป็นการวัดแรงภายใน, N, ที่เกิดขึ้นในร่างกายภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกต่อหน่วยพื้นที่, m, ปกติถึงเวกเตอร์ของการใช้แรง, กำหนดโดยสูตร

แรงดันไฟฟ้าปกติ

แรงเฉือน (แรงเฉือน) (2.5)

ความยืดหยุ่น- ความสามารถของร่างกายหลังจากการเสียรูปในการฟื้นฟูรูปร่างดั้งเดิมอย่างสมบูรณ์เช่น งานเปลี่ยนรูปก็เท่ากับงานบูรณะ ความยืดหยุ่นของร่างกายมีลักษณะเฉพาะโดยโมดูลัสยืดหยุ่น:

ในการบีบอัดแรงดึง - โมดูลัสความยืดหยุ่นชนิดแรก Pa;

ในแรงเฉือน - โมดูลัสความยืดหยุ่นของชนิดที่สอง Pa

ขนาดของความเค้นและความเครียดสัมพันธ์กันตามกฎของฮุคและมีรูปแบบของสมการ:

การยึดเกาะ, Pa คือการยึดเกาะของของแข็งหรือของเหลวที่ไม่เหมือนกันเมื่อสัมผัสพื้นผิว ความแข็งแรงในการยึดเกาะของวัตถุถูกกำหนดโดยการฉีกขาดโดยแนะนำตัวบ่งชี้ความเหนียว , N/m ซึ่งคำนวณโดยสูตร: , (2.7)

แรงดึงออกอยู่ที่ไหน N; - พื้นที่เรขาคณิตของแผ่น, ม.

การแยกวัสดุออกจากกันมีสามประเภท (รูปที่ 2.1):

ข้าว. 2.1. ประเภทของการแยก

แรงเสียดทานภายนอก- ปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่ขอบเขตของการสัมผัส ป้องกันไม่ให้มีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กันบนพื้นผิวสัมผัส ขึ้นอยู่กับแรงและความเหนียวปกติ และคำนวณโดยสูตร: , (2.8),

ที่ไหน ร ต- แรงเสียดทานภายนอก N; - สัมประสิทธิ์ที่แท้จริงของแรงเสียดทานภายนอก

แรงตั้งฉากของพื้นผิวเฉือน (แรงสัมผัส), N.

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานภายนอก f.สำหรับวัสดุอาหาร ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางรีโอโลจี สถานะของพื้นผิวเสียดสีและความเร็วการเลื่อน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานภายนอก ฉกำหนดไว้ในรูปแบบต่างๆ อุปกรณ์ประเภทคลาสสิกสำหรับการวัดแรงเสียดทานภายนอกคือร่างกายคู่หนึ่งที่สัมผัสกับพื้นผิวเรียบซึ่งมีพื้นที่ตั้งแต่เศษส่วนของตารางมิลลิเมตรถึงสิบตารางเซนติเมตร ในกรณีนี้ ศพหนึ่งจะถูกแทนที่ด้วยอีกศพหนึ่ง แรงที่กระทำเพื่อแทนที่ (แรงเสียดทาน) วัตถุชิ้นหนึ่งสัมพันธ์กับวัตถุอีกชิ้นหนึ่งจะวัดโดยสเตรนเกจ ไดนาโมมิเตอร์ หรือเซ็นเซอร์อื่นๆ

ความหนืด, Pa·s คือความสามารถของวัตถุในการต้านทานการเคลื่อนตัวของชั้นของมัน การไหลแบบหนืดเกิดขึ้นได้ในของเหลวแบบนิวเชียนที่มีความหนืดอย่างแท้จริงไม่ว่าจะมีแรงเฉือนเพียงเล็กน้อยก็ตาม และอธิบายไว้ในสมการของนิวตัน: (2.9)

ในระหว่างการไหลของของไหลที่ไม่ใช่นิวเทียน (มีความหนืดผิดปกติ) ความหนืดจะไม่คงค่าคงที่ ขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือนและการไล่ระดับความเร็ว ในกรณีนี้จะใช้แนวคิดเรื่อง "ความหนืดที่มีประสิทธิภาพ" Pa s ซึ่งคำนวณโดยใช้สูตร: (2.10)

พลาสติก, Pa คือความสามารถของร่างกายที่จะเปลี่ยนรูปอย่างถาวรภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกโดยไม่ทำลายความต่อเนื่องของมัน การไหลของพลาสติกเริ่มต้นที่ค่าความเค้นเท่ากับความเค้นคราก

5.กระบวนการทางเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการไหลของมวลอาหารกระบวนการทางเทคโนโลยีหลายอย่างในอุตสาหกรรมอาหารเกี่ยวข้องกับผลกระทบทางกลต่อผลิตภัณฑ์ซึ่งอยู่ในสถานะวิสโคพลาสติก ในอุตสาหกรรมการอบ นี่หมายถึงการนวดแป้ง การแบ่งแป้ง และการปั้นชิ้นแป้ง ในการผลิตผลิตภัณฑ์ขนม กระบวนการดังกล่าวรวมถึงการผสม การทำพลาสติกให้เป็นก้อน และการขึ้นรูปโดยการหล่อ การกด การตัด เป็นต้น การขนส่งผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูประหว่างการปฏิบัติงานผ่านท่อและบนสายพานลำเลียงต่างๆ ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกัน ในทุกกรณีเหล่านี้ การเลือกอุปกรณ์ทางเทคโนโลยีและการกำหนดโหมดการทำงานของอุปกรณ์จะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางกายภาพ-เครื่องกล และประการแรกคือ คุณสมบัติทางรีโอโลจีของมวลอาหารแปรรูปหรือขนส่ง ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป และผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เมื่อสร้างกระบวนการทางเทคโนโลยีที่สมบูรณ์แบบซึ่งทำให้ได้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปคุณภาพสูง จำเป็นต้องศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลทั้งหมดในเกือบทุกกรณีโดยเฉพาะ คุณสมบัติเหล่านี้แสดงลักษณะพฤติกรรมของมวลอาหารภายใต้อิทธิพลของแรงทางกลจากชิ้นส่วนการทำงานของเครื่องจักร การประเมินคุณภาพผลิตภัณฑ์อาหารและผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปอย่างมีวัตถุประสงค์มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมอาหาร ในเรื่องนี้การสร้างและการประยุกต์ใช้วิธีการและเครื่องมือสำหรับการควบคุมคุณภาพตามวัตถุประสงค์ไม่เพียงแต่เป็นการทดแทนการควบคุมทางประสาทสัมผัสเท่านั้น แต่ยังสร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับกระบวนการทางเทคโนโลยีในการผลิตอาหารอีกด้วย ปัจจุบันอุตสาหกรรมอาหารมีคลังแสงทางเทคนิคที่ค่อนข้างใหญ่และหลากหลายในการกำหนดและศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของวัสดุอาหารในขั้นตอนการเตรียมต่างๆ: ตั้งแต่วัตถุดิบไปจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เพื่อศึกษาคุณสมบัติเหล่านี้ จะใช้วิธีการกลศาสตร์ฟิสิกส์และเคมีของผลิตภัณฑ์อาหาร

6. การจำแนกประเภทของวัตถุจริงความเป็นเจ้าของของร่างกายที่แท้จริงกับร่างกายรีโอโลยี "อุดมคติ" ชนิดหนึ่งหรือประเภทอื่นซึ่งระบุบนพื้นฐานของการทดลองเบื้องต้นทำให้สามารถเลือกอุปกรณ์สำหรับการวิจัยได้อย่างถูกต้องและกำหนดคุณสมบัติที่จะศึกษา

คุณสมบัติแรงเฉือนแสดงถึงกลุ่มคุณสมบัติหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งสำหรับการคำนวณกระบวนการเคลื่อนไหวต่างๆ ในชิ้นส่วนการทำงานของเครื่องจักร และสำหรับการประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหาร ในเรื่องนี้ วิธีการจำแนกประเภทอาหารและวัตถุทางรีโอโลยีอื่น ๆ ตามลักษณะแรงเฉือนได้กลายเป็นวิธีแพร่หลายที่สุด

การจำแนกประเภทของร่างกายทางรีโอโลยีที่เสนอโดย Gorbatov A.V. (ตารางที่ 1.2) ตามอัตราส่วนของความเค้นเฉือนขั้นสุดท้ายต่อความหนาแน่นและความเร่งของการตกอย่างอิสระ [ θ 0 /(ρ ∙ก)] ซึ่งเป็นการวัดความสามารถของสารในการรักษารูปร่างได้แสดงไว้ด้านล่างนี้

ตารางที่ 1.2 การจำแนกประเภทของวัตถุตามพารามิเตอร์ทางกายภาพ:

ปริญญาตรี Nikolaev เสนอการจำแนกประเภททั่วไป

(จากสถานะของแข็งไปจนถึงสถานะหนืดอย่างแท้จริง) ตามขนาดของคุณสมบัติเชิงกล: โมดูลัสความยืดหยุ่น ความหนืด ฯลฯ กลุ่มแรกประกอบด้วยวัตถุที่เป็นของแข็งและคล้ายของแข็ง (ไขมันแข็ง เนื้อเยื่อเนื้อทั้งตัว แครกเกอร์ คุกกี้ ฯลฯ) กลุ่มที่สองประกอบด้วยของแข็ง - ของเหลว (เนื้อสับ, คอทเทจชีส, เยลลี่, แป้งโด ฯลฯ ) ส่วนกลุ่มที่สาม - เหมือนของเหลวและของเหลว (ไขมันละลาย, น้ำซุป, นม, น้ำผึ้ง, น้ำ ฯลฯ )

เป็นที่สนใจที่จะจำแนกวัตถุจริงโดยใช้สมการกำลังของ Herschel–Bulkley: , (1.7) โดยที่: คือสัมประสิทธิ์สัดส่วนกับความหนืดที่ความลาดชันของความเร็วเท่ากับความสามัคคี, Pa s n; n– ดัชนีปัจจุบัน

หลังจากการแปลงบางอย่าง เราจะได้นิพจน์ต่อไปนี้:

, (1.8) โดยที่ความหนืดประสิทธิผลที่การไล่ระดับความเร็วเท่ากับเอกภาพ Pa s;

– การไล่ระดับความเร็วไร้มิติ

ม– อัตราการทำลายโครงสร้าง ดัชนีการไหล

ด้วยวิธีจำแนกประเภทนี้ ความสัมพันธ์จะถูกสร้างขึ้นระหว่างความเค้นเฉือนและการไล่ระดับความเร็ว (เส้นโค้งการไหล) และระหว่างความหนืดประสิทธิผลและการไล่ระดับความเร็วเฉือน ขึ้นอยู่กับลักษณะของเส้นโค้งที่เกิดขึ้น มีการแบ่งประเภทของวัตถุหกประเภท:

1. ร่างกายแข็งทื่อในอุดมคติแบบยุคลิด
2. ตัวยืดหยุ่นของฮุค
3. ตัวพลาสติกของ Saint-Venant;
4. ร่างกายรีโอโลยี
5. ร่างกายนิวตันที่มีความหนืดจริง
6. ของเหลวในอุดมคติ (ปาสคาล)

ระบบที่ระบุไว้ข้างต้นจะไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเมื่อเวลาผ่านไป

7. ระบบกระจายตัววัตถุคลาสสิกของกลศาสตร์ฟิสิกส์และเคมีทางวิศวกรรมคือระบบกระจายตัวที่ประกอบด้วยสองเฟสขึ้นไป ในนั้นตัวกลางการกระจายตัวนั้นเป็นเฟสต่อเนื่อง ส่วนเฟสการกระจายตัวนั้นเป็นเฟสที่ถูกบดขยี้ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่ไม่ได้สัมผัสกัน ในกรณีนี้ เฟสจะเข้าใจว่าเป็นชุดของส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของระบบ ซึ่งจำกัดจากส่วนอื่นๆ ด้วยอินเทอร์เฟซทางกายภาพ การจำแนกประเภทผลิตภัณฑ์อาหารที่กระจายอย่างง่าย ซึ่งไม่ได้คำนึงถึงการกระจายตัวและประเภทของการสัมผัสระหว่างเฟส ให้ไว้ในตารางที่ 1 .

ตารางที่ 1

สื่อกระจายตัว	เฟสกระจาย	ตัวอย่างของระบบ
แก๊ส	+ของแข็ง (ละอองลอย) +ของเหลว (ละอองลอย) +ก๊าซ (บรรยากาศ)	ควันบุหรี่ ฝุ่นกระจาย เลือด นม บรรยากาศของโลก
ของเหลว	+ของแข็ง (สารแขวนลอย) +ของเหลว (อิมัลชัน) +แก๊ส (โฟม)	น้ำซุป, ไส้กรอกสับ, ปาเต้เลือด, ไขมันในน้ำ, ครีมนม, วิปปิ้งไข่ขาว
แข็ง	+ของแข็ง (โลหะผสมแขวนลอยของแข็ง) +ของเหลว (ระบบคาปิลลารี อิมัลชันของแข็ง) +ก๊าซ (ตัวที่มีรูพรุน โฟมแข็ง)	เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อแช่แข็ง เนยแช่แข็ง เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อพื้นเมือง ของเหลวในร่างกายที่มีรูพรุน กระดูก ชีส วัสดุแยก วิปปิ้งและการจับตัวเป็นก้อน

เมื่อพิจารณาพฤติกรรมทางรีโอโลยีของผลิตภัณฑ์ ข้อมูลที่ให้ไว้ในตารางช่วยให้เราสามารถจำแนกผลิตภัณฑ์ออกเป็นกลุ่มเดียวหรือกลุ่มอื่นได้: เป็นเม็ด ของเหลว และของแข็ง (ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเฟสที่กระจายตัว) หรือของแข็ง ในทางรีโอโลจี ผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะคล้ายของเหลวมักเรียกว่าโซล และผลิตภัณฑ์คล้ายของแข็งเรียกว่าเจล ผลิตภัณฑ์ในตารางที่ 1 แบ่งออกเป็นระบบหนึ่งหรืออีกระบบหนึ่งตามคุณลักษณะที่สำคัญที่สุด ตัวอย่างเช่นไส้กรอกสับหลังจากตัดแล้วจะมีสารแขวนลอยที่อิ่มตัวด้วยฟองอากาศนั่นคือระบบสามเฟส ผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกัน (เนย) ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสามารถจำแนกได้เป็นระบบต่างๆ การกระทำทางกล (การตัด การตี การกวน) อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนจากการกระจายตัวแบบหนึ่งไปสู่อีกแบบหนึ่งได้

ข้าว. 2.2. การขึ้นอยู่กับความหนืดต่อความเค้นเฉือนในระบบการไหลแบบราบเรียบ (a) และแบบปั่นป่วน (b) สำหรับของเหลวแบบนิวตันและระบบการกระจายตัวที่มีความเสถียรในการรวมตัว

1. คุณสมบัติทางรีโอโลจีของระบบกระจายตัว

1.1. แนวคิดพื้นฐาน

รีโอโลจีเป็นศาสตร์แห่งการเปลี่ยนรูปและการไหลของวัสดุ

คุณสมบัติทางรีโอโลยีประกอบด้วยความหนืดและความลื่นไหล

ความหนืด () - แรงเสียดทานภายในระหว่างชั้นของสารที่กำหนด (ของเหลวหรือก๊าซ) ซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน

เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล ในก๊าซ หนามภายในมีลักษณะเป็นจลน์ ดังนั้นเมื่อ T เพิ่มขึ้น แรงของหนามจะเพิ่มขึ้น

ในของเหลวและของแข็ง แรงเสียดทานภายในมีลักษณะที่มีพลัง ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงหนามจะลดลง

ความลื่นไหลเป็นคุณสมบัติตรงข้ามของความหนืด - การปล่อย">โครงสร้าง- กรอบเชิงพื้นที่ประกอบด้วยอนุภาคเฟสที่กระจายตัวและเต็มไปด้วยตัวกลางการกระจายตัว

ในระบบที่กระจายตัวแบบเหนียวแน่น อนุภาคของเฟสที่กระจายตัวจะไม่สามารถเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กัน มีคุณสมบัติเชิงกลบางอย่าง: ความยืดหยุ่น, ความหนืด, ความเป็นพลาสติก ชุดคุณสมบัติทางกลที่กำหนดโดยโครงสร้างเรียกว่า โครงสร้างเครื่องกล.

ระบบที่มีโครงสร้างมีความสามารถในการเปลี่ยนรูปได้

การเสียรูปเป็นการแทนที่สัมพัทธ์ของจุดต่างๆ ของระบบซึ่งจะไม่ละเมิดความต่อเนื่องของมัน

มีการเสียรูป ยืดหยุ่น (ย้อนกลับได้)และสารตกค้าง

ด้วยการเสียรูปแบบยืดหยุ่น โครงสร้างของร่างกายจะได้รับการฟื้นฟูอย่างสมบูรณ์หลังจากถอดภาระออกแล้ว

การเสียรูปถาวรไม่สามารถย้อนกลับได้

การเสียรูปที่เหลือซึ่งไม่เกิดการแตกหักเรียกว่าพลาสติก

ในบรรดาการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นนั้น การเปลี่ยนรูปเชิงปริมาตรมีความโดดเด่น: การยืด, การอัดตัวของร่างกาย, เกิดจากความเค้นเฉือนปกติ

ความผิดปกติของแรงเฉือน- การเสียรูปแบบบิดเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงเฉือนแบบสัมผัส, แรงเฉือนแบบวงสัมผัสถูกกำหนดโดยแรงเฉือนแบบสัมพัทธ์ภายใต้อิทธิพลของแรงเฉือน (รูปที่ 1.1
).

ของเหลวและก๊าซเปลี่ยนรูปภายใต้ภาระและการไหลน้อยที่สุดภายใต้อิทธิพลของความแตกต่างของแรงดัน แต่ในทางปฏิบัติแล้วของเหลวจะไม่ถูกบีบอัดระหว่างการไหล แต่ความหนาแน่นของของเหลวนั้นค่อนข้างคงที่

คุณสมบัติต่างๆ เช่น ความยืดหยุ่น ความเป็นพลาสติก ความหนืด และความแข็งแรง จะปรากฏขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนรูปด้วยแรงเฉือน ซึ่งถือว่าสำคัญที่สุดในการวิจัยจริง

การขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางรีโอโลยีของปัจจัยต่างๆ จะแสดงเป็นกราฟในรูปแบบของเส้นโค้งรีโอโลยี (เส้นโค้งการไหล)

ของเหลวมีลักษณะเป็น 2 กระแส คือ

ก) ลามินาร์ในรูปแบบของชั้นที่ไม่ผสมแบบขนาน

b) วุ่นวาย

1.2. แบบจำลองทางรีโอโลยี

ในด้านรีโอวิทยา สมบัติเชิงกลของวัสดุจะแสดงในรูปแบบของแบบจำลองรีโอโลยี ซึ่งอิงตามกฎสามข้อที่เชื่อมโยงความเค้นเฉือนและการเสียรูป สอดคล้องกับโมเดลในอุดมคติ 3 แบบของวัสดุในอุดมคติที่มีคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความยืดหยุ่น ความเป็นพลาสติก ความหนืด:

1) ตัวยางยืดในอุดมคติของ Hooke

สามารถแสดงเป็นสปริงได้ (รูปที่ 1.2)

สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f350.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".

การเลือก">รูปที่ 1.3 .

2) วัตถุที่มีความหนืดในอุดมคติของนิวตันคือลูกสูบที่มีรูวางอยู่ในกระบอกสูบที่มีของเหลว (รูปที่ 1.4 ).

ของเหลวหนืดในอุดมคติจะไหลตามกฎของนิวตัน

ของไหลของนิวตันคือระบบที่การไหลเป็นไปตามกฎของนิวตัน:

ตัวอย่าง ">P - ความเค้นเฉือนทำให้เกิดการไหลของของไหล dU/dx - การไล่ระดับความเร็ว เช่น ความแตกต่างของความเร็วของการไหลแบบราบเรียบของของไหลสองชั้นที่เว้นระยะห่างจากกันที่ระยะ x ซึ่งสัมพันธ์กับระยะนี้กำหนด"> ความหนืด ค่าสัมประสิทธิ์ซึ่งสำหรับความกะทัดรัดเรียกว่าความหนืด (ความหนืดไดนามิก) ค่านี้จะถูกกำหนดโดยความหนืดจลน์ซึ่งกำหนดโดย แรงเฉือนระหว่างการไหลแบบราบเรียบของของเหลวที่มีความหนืดตามที่กำหนด ">ความหมายทางกายภาพของค่าสัมประสิทธิ์ความหนืด - ความหนืดเท่ากับแรงเสียดทานระหว่างชั้นของของเหลวโดยมีพื้นที่สัมผัสชั้นของของเหลวเท่ากับ 1 สูตร" src ="http://hi-edu.ru/e-books /xbook839/files/f353.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt="..gif" border="0" align="absmiddle" alt=".

ลองพิจารณาแนวคิด การไล่ระดับความเร็ว. ลองจินตนาการถึงของเหลวที่ไหลเป็นชั้น ๆ ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงในการไหลแบบระนาบ-ขนานผ่านเส้นเลือดฝอยทรงกระบอกด้วยความเร็ว U อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าของเหลวทั้งหมดจะไหลด้วยความเร็วเท่ากัน ความเร็วการไหลจะสูงสุดที่ศูนย์กลางของเส้นเลือดฝอย และของเหลวที่ไหลไปทางผนังเส้นเลือดฝอยจะไหลด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าเนื่องจากการเกาะติดกับผนังของถัง

ความเร็วของการเคลื่อนที่ของชั้นที่อยู่ติดกับผนังโดยตรง (ชั้น Prandtl) เนื่องจากแรงยึดเกาะเป็นศูนย์ ในขณะที่ชั้นกลางของของเหลวเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุด..gif" border="0" align="absmiddle" alt=" (!ภาษา:การไล่ระดับสีเท่ากับส่วนที่เลือก">รูปที่ 1.5 ).

หากความเร็วของการเคลื่อนที่แสดงด้วย dy/dt และ y และ t เป็นตัวแปรอิสระ เราจะเปลี่ยนลำดับของความแตกต่าง: สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/ f363.gif" border=" 0" align="absmiddle" alt="

ตามสมการการไหล สำหรับของไหลของนิวตัน มีการพึ่งพาเชิงเส้นของ dU/dx บน P ดังนั้นความหนืดของของเหลวของนิวตันไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือน แต่จะเท่ากับโคแทนเจนต์ของมุมเอียงของเส้นตรงในพิกัดที่ระบุ (ความหมายกราฟิกของค่าสัมประสิทธิ์ความหนืด)..gif" border="0 " align="absmiddle" alt="= f(p) หรือ dU/dx = f(p)

ตาม (1.2) สำหรับของเหลวของนิวตัน จะมีการสังเกตการพึ่งพาเชิงเส้น dU/dx (รูปที่ 1.6
).

ซึ่งหมายความว่าความหนืดของของไหลของนิวตันไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือน และเท่ากับโคแทนเจนต์ของมุมเอียง (ไฮไลต์">รูปที่ 1.6 สำหรับการไหลแบบราบเรียบ ใช้สูตร" src="http://hi- edu.ru/e-books/xbook839 /files/f365.gif" border="0" align="absmiddle" alt="ของไหลของนิวตันขึ้นอยู่กับเวลาในการพัฒนาที่โหลดคงที่เป็นเส้นตรง: ปล่อย">รูปที่ 1.7 .

วัดค่าความหนืดไดนามิกสามารถกำหนดได้หลายวิธี เช่น โดยอัตราการไหลของของเหลวออกจากเส้นเลือดฝอย

Poiseuille ได้รับสมการเชิงประจักษ์ซึ่งปริมาตรของของเหลวที่ไหลจากเส้นเลือดฝอยขึ้นอยู่กับทั้งพารามิเตอร์ของเส้นเลือดฝอย - ความยาว l และเส้นผ่านศูนย์กลาง r และความดัน P ซึ่งถูกบังคับผ่านเส้นเลือดฝอย ความหนืดของตัวอย่างของเหลว ">เสื้อ:

example">k. สำหรับของไหลของนิวตันที่ปริมาตรคงที่คือความหนืด

คำจำกัดความ ">3) แบบจำลองตัวถังพลาสติกในอุดมคติของ Saint-Venant-Coulomb

แบบจำลองนี้เป็นวัตถุแข็งบนเครื่องบิน ในระหว่างการเคลื่อนที่ซึ่งเกิดแรงเสียดทานคงที่ โดยไม่ขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือนปกติ - กฎของ "แรงเสียดทานแบบแห้ง": จะไม่มีการเสียรูปหากสูตร" src="http://hi- edu.ru/e-books /xbook839/files/f370.gif" border="0" align="absmiddle" alt="- ความแข็งแรงของผลผลิต) (รูปที่ 1.8 ).

ดังนั้นด้วยสูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f371.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt="กระแสจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใดก็ได้

ข้าว. 1.9 .

องค์ประกอบ "แรงเสียดทานแบบแห้ง" ไม่สามารถอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดโดย ">4) แบบจำลองของตัวเครื่องจริง แบบจำลอง Bingham - ตัวเครื่องที่มีความหนืด

เมื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบเป็นอนุกรม

สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f376.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

ข้าว. 1.10
.

กฎของบิงแฮม:

สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f378.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".gif" border="0" align="absmiddle" alt="

ความหนืดของนิวตันคำนึงถึงความต้านทานต่อการไหลทั้งหมด และความหนืดของพลาสติกไม่ได้คำนึงถึงความแข็งแรงของโครงสร้าง แต่สะท้อนถึงอัตราการทำลาย โดยส่วนใหญ่มาจากความหนืดของตัวกลางการกระจายตัวซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างกว้างขวาง..gif" border= "0" align="absmiddle" alt="(! LANG:และอื่น ๆ.

การไหลของระบบดังกล่าวเริ่มต้นเฉพาะเมื่อความเค้นเฉือนเกินค่าวิกฤติที่กำหนดโดยพลาสติก และความเค้นเฉือนมีมากกว่าความเค้นคราก จากมุมมองของรีโอโลยี ระบบดังกล่าวเรียกว่าพลาสติก-หนืด และรูปแบบของการไหลอธิบายไว้ในสมการบิงแฮม

ในกรณีที่ไม่มีโครงสร้างตาข่าย ค่าจะถูกเลือก">รูปที่ 1.11
.

ตามรูป 1.11 ที่โหลดเกินสูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f384.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

ตัวอย่างของระบบที่เป็นไปตามสมการของ Bingham อย่างดี ได้แก่ ดินเหนียวและจาระบี อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบที่มีโครงสร้างส่วนใหญ่ การพึ่งพา dU/dx บน P ไม่ได้แสดงเป็นเส้นตรง แต่แสดงเป็นเส้นโค้ง (รูปที่ 1.11, b) สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือเมื่อถึงจุดคราก โครงสร้างจะไม่พังทันที แต่จะค่อยๆ เมื่อ P และ dU/dx เพิ่มขึ้น

ความเค้นเฉือนที่สำคัญสามประการสามารถแยกแยะได้บนเส้นโค้ง: 1) สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f386.gif" border="0" align="absmiddle" alt= "- ความแข็งแรงของผลผลิตบิงแฮมซึ่งสอดคล้องกับส่วนบนแกน abscissa ตัดออกด้วยความต่อเนื่องของส่วนตรงของเส้นโค้ง 3) สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f388.gif" border="0" align="absmiddle" alt=") ความหนืดไม่ใช่ค่าคงที่และลดลงเมื่อ P เพิ่มขึ้น เมื่อ P >คำบรรยาย">

2. คุณสมบัติทางรีโอโลจีของวัตถุจริง

2.1. การจำแนกประเภทของวัตถุตามคุณสมบัติทางรีโอโลยี

วัตถุจริงทั้งหมดตามการไหลแบ่งออกเป็น:

เหมือนของเหลว (สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f389.gif" border="0" align="absmiddle" alt="> 0)

ในทางกลับกัน วัตถุที่มีลักษณะคล้ายของเหลวสามารถแบ่งออกเป็น:

แบบนิวตันและไม่ใช่แบบนิวตัน

นิ่ง: ไม่นิ่ง

เทียมพลาสติก (thixotropy

การผ่าตัดขยายหลอดเลือดแบบขยาย)

การศึกษาเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าการไหลของระบบที่มีลักษณะคล้ายของเหลวสามารถแสดงได้ในรูปแบบของการพึ่งพาทั่วไป สมการนี้เรียกว่าแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของ Ostwald-Weil:

สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f391.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

ดังนั้นการเบี่ยงเบนของ n จากเอกภาพจึงเป็นลักษณะของระดับความเบี่ยงเบนของคุณสมบัติของของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตันจากคุณสมบัติของของเหลวของนิวตัน (รูปที่ 2.1 ).

เมื่อใด< 1 вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига и напряжения. Такие жидкости называются พลาสติกเทียม.

สำหรับ n > 1 ความหนืดของของเหลวจะเพิ่มขึ้นตามอัตราเฉือนและความเค้นที่เพิ่มขึ้น ของเหลวดังกล่าวเรียกว่าสารขยาย

ของเหลวของนิวตันรวมถึงของเหลวบริสุทธิ์ทั้งหมด เช่นเดียวกับระบบคอลลอยด์เจือจางที่มีรูปร่างอนุภาคสมมาตร - สารแขวนลอย อิมัลชัน โซล

ระบบที่คล้ายของเหลวเทียมประกอบด้วยสารแขวนลอยเจือจางที่มีรูปทรงอนุภาคไม่สมมาตรและสารละลายโพลีเมอร์

ความจริงก็คือโมเลกุลขนาดใหญ่และอนุภาคที่ไม่สมมาตรมีความต้านทานต่อการไหลที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับการวางแนวในการไหล ด้วยความเครียดเฉือนที่เพิ่มขึ้นและความเร็วการไหลของของไหล อนุภาคจะค่อยๆ ปรับแกนหลักตามทิศทางการไหล การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของพวกมันเปลี่ยนไปตามลำดับซึ่งทำให้ความหนืดลดลง

หากอนุภาคของเฟสการกระจายตัวเป็นแบบแอนไอโซเมตริก (ทรงรี แท่ง แผ่น) หรือสามารถเปลี่ยนรูปได้ (หยด โมเลกุลขนาดใหญ่) ดังนั้นในระหว่างการไหลของตัวกลางการกระจายตัว แนวโน้มที่แตกต่างกันอาจปรากฏขึ้น ขึ้นอยู่กับธรรมชาติและขนาดของอนุภาค

สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f393.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".

ระบบขยายตัวหรือการแพร่กระจาย ในการไหลแบบกระจาย ปริมาตรของระบบจะลดลงตามภาระที่เพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ความหนืดเพิ่มขึ้น

ในกรณีเหล่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการเปลี่ยนรูปครั้งใหญ่ การเพิ่มขึ้นของความหนืดที่มีประสิทธิภาพนั้นสังเกตได้จากการเพิ่มขึ้นของการไล่ระดับความเร็ว (การขยายตัว - ความหนาแน่นของโครงสร้างที่ลดลงเมื่อมีการเปลี่ยนรูปภายใต้อิทธิพลของความเค้นที่ใช้ - ตัวอย่างเช่น ในระหว่างระยะเริ่มแรกของการผสมแป้งในน้ำ ในมวลเซรามิก เช่น ในรูปแบบผงและวัสดุที่กระจายตัวอัดแน่น)

ในระบบกระจายตัวที่มีปริมาณโซลิดเฟสสูงที่โหลดต่ำ ตัวกลางการกระจายตัวจะมีบทบาทเป็นสารหล่อลื่น ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานและความหนืดของระบบ ก่อนที่อนุภาคจะเริ่มเคลื่อนที่ การอัดตัวของอนุภาคจะหลวมขึ้น และระบบจะ ปริมาณเพิ่มขึ้นความหนืดลดลง เมื่อความเค้นเฉือนเพิ่มขึ้น อนุภาคของแข็งจะสัมผัสกัน ซึ่งทำให้แรงเสียดทานเพิ่มขึ้นและความหนืดของระบบเพิ่มขึ้น

ระบบที่มีการพึ่งพาความหนืดกับความเค้นเฉือนเรียกว่าผิดปกติหรือ ไม่ใช่แบบนิวตัน.

ของเหลวที่ไม่ใช่นิวตันที่ไม่คงที่ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยการพึ่งพาคุณสมบัติทางรีโอโลยีตรงเวลามีลักษณะเป็นปรากฏการณ์ของ thixotropy และ rheopexy Thixotropy คือความสามารถของระบบที่มีโครงสร้างในการคืนคุณสมบัติความแข็งแรงเมื่อเวลาผ่านไปหลังจากการถูกทำลายทางกล การคืนสภาพของโครงสร้างมักจะตรวจพบโดยการเพิ่มความหนืดของระบบ ดังนั้นปรากฏการณ์ thixotropy สามารถกำหนดได้ว่าเป็นการลดลงของความหนืดของระบบเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อมีการใช้โหลด และความหนืดเพิ่มขึ้นทีละน้อยหลังจากโหลด จะถูกลบออก Rheopexy เป็นปรากฏการณ์ที่ตรงกันข้ามกับ thixotropy - การเกิดขึ้นและการเสริมสร้างโครงสร้างเมื่อเวลาผ่านไปอันเป็นผลมาจากการกระทำทางกล

2.2. ความหนืดของระบบการกระจายตัวที่มีความเสถียรในการรวมตัว

ในบางกรณี ความหนืดของระบบคอลลอยด์แทบจะไม่แตกต่างจากความหนืดของระบบที่กระจายตัวเลย การไหลแบบราบเรียบจะถูกสังเกตภายใต้ความเร็วการไหลที่กำหนดและเป็นไปตามกฎของนิวตันและปัวซอยย์

ตัวอย่างเช่น ด้วยการไหลแบบราบเรียบของโซล Au, Ag, Pt, สูตร" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f395.gif" border="0" align="absmiddle " alt ="(!ภาษา:

สูตรอยู่ที่ไหน" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook839/files/f397.gif" border="0" align="absmiddle" alt="= 2.5 สำหรับอนุภาคที่มีความยาว

เมื่อความเข้มข้นของเฟสการกระจายตัวเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคจะเพิ่มขึ้น และตรวจพบความเบี่ยงเบนที่รุนแรงจากสมการของไอน์สไตน์ ความหนืดของระบบเข้มข้นเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่ม j เกือบเท่าทวีคูณ (บรรทัดที่ 2 ในรูปที่ 2.3 ) สำหรับพวกเขามีการขึ้นอยู่กับความหนืดกับความเค้นเฉือนเช่น กฎของนิวตันใช้ไม่ได้ การเบี่ยงเบนไปจากกฎของนิวตันและสมการของไอน์สไตน์มักมีสาเหตุมาจากอันตรกิริยาของอนุภาคและการก่อตัวของโครงสร้างที่อนุภาคของเฟสการกระจายตัวถูกวางตัวในลักษณะใดลักษณะหนึ่งที่สัมพันธ์กัน (โครงสร้างของระบบ)

ระบบอัดไม่ได้

การไหลของของไหลเป็นแบบราบเรียบ

ไม่มีการเลื่อนระหว่างอนุภาค

ระบบการกระจายตัวที่แท้จริงไม่เป็นไปตามสมการของไอน์สไตน์เหตุผลดังต่อไปนี้:

การมีอยู่ของชั้นดูดซับและโซลเวตบนอนุภาค เช่นเดียวกับ DES

ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคเฟสที่กระจัดกระจาย

การไหลปั่นป่วน

แอนิโซเมตริกของอนุภาค

ความผันผวนชั่วคราว

พิจารณาคุณสมบัติทางรีโอโลจีที่ง่ายที่สุด - ความยืดหยุ่นความเป็นพลาสติกและความหนืดของวัตถุในอุดมคติสามประการ ในทางรีโอวิทยา ร่างกายในอุดมคติมักถูกเรียกตามนักวิทยาศาสตร์ผู้แนะนำร่างกายในอุดมคติ สำหรับของไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตัน ความหนืดที่มีประสิทธิภาพประกอบด้วยสององค์ประกอบ:

1) ความหนืดของนิวตัน η ซึ่งขึ้นอยู่กับแรงเสียดทานภายในและแสดงถึงค่าคงที่ทางกายภาพของวัสดุ

2) ความต้านทานของโครงสร้างซึ่งขึ้นอยู่กับสถานะโครงสร้างของระบบกระจายตัวและเป็นหน้าที่ของอัตราเฉือน .

ความหนืดที่มีประสิทธิภาพ  eff เป็นคุณลักษณะตัวแปรสุดท้ายที่อธิบายสถานะสมดุลระหว่างกระบวนการฟื้นฟูและทำลายโครงสร้างในการไหลคงที่ และขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงในการไล่ระดับความเร็วและแรงเฉือน

หากภายใต้สภาวะของการไหลของแรงเฉือนคงที่ ความเครียดจากแรงเฉือน τ ไม่สมส่วนกับอัตราการเสียรูป , เช่น. ทัศนคติของพวกเขา:
แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับค่า τ หรือ ของเหลวนั้นเรียกว่าไม่ใช่นิวตัน มีการเสนอสมการรีโอโลยีหลายสมการเพื่ออธิบายพฤติกรรมของของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตัน (ดูด้านล่าง)

ความหนืดของของเหลวขึ้นอยู่กับอิทธิพลของการสั่นสะเทือน (รวมถึงอัลตราโซนิก) ไฟฟ้า แม่เหล็ก และแสง ซึ่งใช้ได้กับทั้งสารละลายโพลีเมอร์และระบบการหลอมและการกระจายตัว

ในทางรีโอโลยี การไหลมี 2 ประเภท คือ 1) การไหลที่มีความหนืด– รับรู้ในของเหลวแบบนิวตันที่มีความหนืดอย่างแท้จริงที่ความเค้นเฉือนต่ำตามอำเภอใจ τ . การไหลนี้อธิบายโดยสมการของนิวตัน:

หรือ
, (1.4)

ที่ไหน η – สัมประสิทธิ์ของความหนืดไดนามิกหรือความหนืดสัมบูรณ์ ซึ่งระบุลักษณะของแรงที่เกิดขึ้นระหว่างชั้นมูลฐานสองชั้นของของเหลวในระหว่างการแทนที่สัมพัทธ์ Pa∙s

^ฟ– แรงต้านทานระหว่างสองชั้นเบื้องต้น, N;

ก– พื้นที่ผิวต้านทานของชั้นเหล่านี้, m2;
2) การไหลของพลาสติก– ไหลตามค่าแรงดันไฟฟ้า τ เท่ากับกำลังของผลผลิต τ ต.

แรงดันไฟฟ้า– การวัดความรุนแรงของแรงภายใน เอฟ[H] ที่เกิดขึ้นในร่างกายภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกต่อหน่วยพื้นที่ ส[m 2 ] ปกติกับเวกเตอร์การประยุกต์ใช้แรง:

, ป้า. (1.5)
แรงดันไฟฟ้าที่จุดของตัวโหลด:

. (1.6)
คุณสมบัติทางรีโอโลยีทั้งในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณจะกำหนดพฤติกรรมของผลิตภัณฑ์ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอก และช่วยให้สามารถเชื่อมโยงความเครียด ความเครียด (หรืออัตราความเครียด) ในระหว่างการใช้แรงได้

ในด้านรีโอโลยี มีแนวคิดสองประการที่แยกจากกันไม่ได้: “ร่างกายที่มีความยืดหยุ่นในอุดมคติที่เป็นของแข็ง” และ “ของเหลวไม่มีความหนืด” ประการแรกเข้าใจว่าเป็นร่างกายที่มีรูปร่างและความตึงเครียดที่สมดุลในทันที ของเหลวเรียกว่าสารตกค้างเช่น หากของไหลไม่สามารถสร้างและรักษาความเค้นเฉือนได้ ระหว่างสถานะที่จำกัดของวัตถุ (ของแข็งยืดหยุ่นและของเหลวที่มองไม่เห็น) ในธรรมชาติ มีวัตถุตัวกลางที่หลากหลายมาก

ให้เราพิจารณาแบบจำลองหลักที่อาจพบได้เมื่อศึกษาคุณสมบัติทางรีโอโลจีของมวลอาหาร จำเป็นต้องชี้ให้เห็นว่ากฎทางคณิตศาสตร์ที่แน่นอนได้มาจากของไหลของนิวตันเท่านั้น สำหรับการไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันทั้งหมดจะได้รับเฉพาะสูตรโดยประมาณเท่านั้น

รู้จักแบบจำลองระดับกลางของวัสดุในอุดมคติสามแบบ (ตารางที่ 1.1): ตัวยืดหยุ่นในอุดมคติ (ตะขอ); ของเหลวหนืดในอุดมคติ (นิวตัน); ตัวเครื่องเป็นพลาสติกอย่างดี (Saint-Venant)

^ ร่างกายที่ยืดหยุ่นได้ดีของ Hooke . ในตัวที่ยืดหยุ่นได้ดี (รุ่น - สปริง) พลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยนรูปจะสะสมและสามารถส่งคืนได้ในระหว่างการขนถ่าย กฎของฮุคอธิบายพฤติกรรมของของแข็งที่เป็นผลึกและอสัณฐานภายใต้การเปลี่ยนรูปเล็กน้อย เช่นเดียวกับของเหลวภายใต้การขยายตัวและการบีบอัดแบบไอโซโทรปิก

^ ของเหลวหนืดในอุดมคติของนิวตัน . ของเหลวที่มีความหนืดในอุดมคตินั้นมีลักษณะเฉพาะคือความเค้นในนั้นแปรผันตามอัตราความเครียด การไหลแบบหนืดเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงใด ๆ ไม่ว่าจะมีขนาดเล็กแค่ไหนก็ตาม อย่างไรก็ตาม อัตราความเครียดจะลดลงเมื่อแรงลดลง และเมื่อมันหายไป จะกลายเป็นศูนย์ สำหรับของเหลวดังกล่าว ความหนืดซึ่งเป็นค่าคงที่จะเป็นสัดส่วนกับความเค้นเฉือน
ตารางที่ 1.1
แบบจำลองทางรีโอโลยีของร่างกายในอุดมคติ

แบบอย่าง	ประเภทรุ่น	ชาร์ต กระแส	สมการ
ฮุค
นิวตัน
นักบุญเวนันท์			ที่ τ < τ T ไม่มีการเสียรูป; ที่ τ = τ ทีปัจจุบัน

กฎของนิวตันอธิบายพฤติกรรมของของเหลวที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำหลายชนิดภายใต้แรงเฉือนและการไหลตามยาว แบบจำลองทางกลของของไหลของนิวตันคือ สิ่งที่ทำให้ชื้นประกอบด้วยลูกสูบที่เคลื่อนที่อยู่ในกระบอกสูบของเหลว ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ ของไหลจะไหลผ่านช่องว่างระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบจากส่วนหนึ่งของกระบอกสูบไปยังอีกส่วนหนึ่ง ในกรณีนี้ความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของลูกสูบจะแปรผันตามความเร็ว (ดูตาราง 1.1)

^ ตัวเครื่องพลาสติกที่สมบูรณ์แบบของ Saint-Venant สามารถนำเสนอในรูปแบบขององค์ประกอบที่ประกอบด้วยแผ่นสองแผ่นที่กดทับกัน ด้วยการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของแผ่นเปลือกโลกระหว่างแผ่นทั้งสอง แรงเสียดทานคงที่จะเกิดขึ้น ขึ้นอยู่กับขนาดของแรงที่บีบอัดแผ่นเหล่านั้น ร่างกายของ Saint-Venant จะไม่เริ่มเปลี่ยนรูปจนกว่าความเค้นเฉือนจะเกินค่าวิกฤตที่แน่นอน - จุดคราก τ T (ความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด) หลังจากนั้นองค์ประกอบสามารถเคลื่อนที่ได้ทุกความเร็ว

เพื่ออธิบายพฤติกรรมทางรีโอโลจีของวัตถุที่ซับซ้อนโดยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของส่วนประกอบของมัน มีความเป็นไปได้ที่จะรวมแบบจำลองของวัตถุในอุดมคติที่ง่ายที่สุดที่กล่าวถึงข้างต้นเข้าด้วยกัน โดยแต่ละแบบจำลองมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลเพียงอย่างเดียว องค์ประกอบเหล่านี้สามารถรวมกันแบบขนานหรือแบบอนุกรมได้

ในทางรีโอโลจีมีการใช้วิธีแบบจำลองทางกลกันอย่างแพร่หลาย ตัวอย่างเช่น เพื่อให้เห็นภาพพฤติกรรมของวัสดุภายใต้ความเค้นได้ชัดเจน คุณสมบัติแต่ละอย่างของวัสดุ (ความยืดหยุ่น ความเป็นพลาสติก ฯลฯ) จะถูกแทนที่ด้วยองค์ประกอบทางกล (สปริง คู่แรงเสียดทานแบบเลื่อน ฯลฯ) รีโอโลจียังใช้การสร้างแบบจำลองทางเรขาคณิต คณิตศาสตร์ กายภาพ และอื่นๆ อย่างกว้างขวาง การสร้างแบบจำลองทางกายภาพมีประสิทธิภาพในการได้รับการโต้ตอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณกับวัตถุธรรมชาติ

การประยุกต์ใช้การวิจัยเชิงรีโอโลยีในทางปฏิบัตินั้นมีความเกี่ยวข้องประการแรกคือความสามารถในการเปรียบเทียบวัสดุต่าง ๆ ตามรูปแบบของสมการรีโอโลยีของรัฐและค่าของค่าคงที่ที่รวมอยู่ในนั้น ประการที่สอง การใช้สมการรีโอโลจีของสถานะเพื่อแก้ปัญหาทางเทคนิคในกลศาสตร์ต่อเนื่อง ทิศทางแรกใช้เพื่อสร้างมาตรฐานวัสดุทางเทคโนโลยีควบคุมและควบคุมกระบวนการทางเทคโนโลยีในเกือบทุกด้านของเทคโนโลยีสมัยใหม่ ภายในทิศทางที่สองจะพิจารณาปัญหาอุทกพลศาสตร์ที่ใช้ - การขนส่งของไหลที่ไม่ใช่นิวตันผ่านท่อการไหลของโพลีเมอร์ผลิตภัณฑ์อาหารในอุปกรณ์แปรรูป ฯลฯ สำหรับระบบการกระจายตัวแบบเข้มข้น งานเหล่านี้รวมถึงการจัดตั้งระบบเทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผสม การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ ฯลฯ สำหรับของแข็ง สถานะความเค้น-ความเครียดขององค์ประกอบโครงสร้างและผลิตภัณฑ์โดยรวมจะถูกคำนวณเพื่อกำหนดความแข็งแรง การยืดตัวเมื่อขาด และความทนทาน .

^ สถานที่ของรีโอโลยีเนื่องจากส่วนหนึ่งของกลศาสตร์ทางเทคนิคของตัวกลางต่อเนื่อง (รวมถึงส่วนอื่นๆ ของกลศาสตร์ทางเทคนิค) จะเห็นได้ชัดเจนจากการจำแนกประเภทต่อไปนี้:

ก) ร่างกายแข็งเกร็งในอุดมคติ (ยุคลิเดียน) -ที่ความเค้นปกติและวงสัมผัสใด ๆ การเสียรูปจะเป็นศูนย์ (กลศาสตร์เชิงทฤษฎี)

ข) ยืดหยุ่นร่างกาย(กูโคโว) -ความเครียดเป็นสัดส่วนกับการเสียรูป (ความต้านทานของวัสดุ)

วี) พลาสติกร่างกาย (นักบุญ Venanovo) -เมื่อถึงความเค้นเฉือนสูงสุด การเปลี่ยนรูปพลาสติกจะเริ่มขึ้น (ความต้านทานของวัสดุ)

ช) รีโอโลยีร่างกาย:เส้นตรง - ประกอบด้วยเนื้อหาที่รวมอยู่ในจุด ก, ข, ง;ไม่เชิงเส้น - เชิงประจักษ์;

ง) จริงของเหลวหนืด (นิวตัน) -แรงดันไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความเร็วกับกำลังแรก

จ) สมบูรณ์แบบของเหลว(ปาสกาล) -ความหนืดและความสามารถในการอัดเป็นศูนย์

การพัฒนาเชิงคุณภาพของรีโอโลยีซึ่งมีบทบาทสำคัญในวิศวกรรมกลศาสตร์ฟิสิกส์และเคมี เห็นได้จากการเปลี่ยนแปลงในขั้นตอนต่อไปนี้

^ รีโอโลยีคลาสสิก เนื่องจากศาสตร์แห่งการไหลและการเสียรูปของวัตถุจริง (กลศาสตร์ทางเทคนิคของวัตถุจริงหรือระบบที่กระจายตัว) กำหนดภารกิจในการศึกษาคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่และพัฒนาวิธีการคำนวณกระบวนการไหลในส่วนการทำงานของเครื่องจักรเพื่อที่จะ ได้รับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่มีคุณภาพที่กำหนด

^ กลศาสตร์ฟิสิกส์เคมี ศาสตร์แห่งวิธีการและรูปแบบของการก่อตัวของโครงสร้างของระบบกระจัดกระจายที่มีคุณสมบัติที่กำหนดไว้ล่วงหน้าจะช่วยแก้ปัญหาต่อไปนี้ได้อย่างไร:

1) การสร้างสาระสำคัญของการก่อตัวและการทำลายโครงสร้างในระบบกระจายและระบบดั้งเดิมขึ้นอยู่กับการรวมกันของปัจจัยกายภาพเคมีทางชีวเคมีเครื่องกลและปัจจัยอื่น ๆ

2) การวิจัย การให้เหตุผล และการเพิ่มประสิทธิภาพของวิธีการเพื่อให้ได้โครงสร้างที่มีคุณสมบัติทางรีโอโลยีที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (ในความหมายที่กว้างที่สุดของคำ)

3) การพัฒนาวิธีการใช้กฎหมายที่กำหนดไว้สำหรับการคำนวณเครื่องจักรและอุปกรณ์และการตรวจสอบการปฏิบัติงานของตัวบ่งชี้คุณภาพพื้นฐานตามค่าของลักษณะโครงสร้างและทางกล

^ ควบคุมรีโอโลยี รวมถึงการศึกษาและการให้เหตุผลของการรวมกันของอิทธิพลประเภทต่างๆ ที่มีต่อวัตถุดิบแปรรูป ซึ่งรับประกันลักษณะทางรีโอโลจีในระดับที่กำหนดตลอดกระบวนการทางเทคโนโลยีทั้งหมด และได้รับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่มีคุณสมบัติของผู้บริโภคที่ระบุ

การดำเนินการวิจัยโดยใช้วิธีการทางวิศวกรรมรีโอโลยีและกลศาสตร์กายภาพและเคมีทำให้สามารถรักษาเสถียรภาพผลผลิตของผลิตภัณฑ์ได้รับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่มีคุณภาพคงที่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้ายืนยันแนวคิดเรื่องคุณภาพผลิตภัณฑ์ทางวิทยาศาสตร์คำนวณปรับปรุงและเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการทางเทคโนโลยี “การออกแบบ” ผลิตภัณฑ์อาหารบางประเภท เป็นต้น ง.

ดังนั้น รีโอวิทยาจึงศึกษา SMS ของส่วนประกอบต่างๆ ตลอดจนวิธีการและเครื่องมือสำหรับการกำหนดและการควบคุม ซึ่งวิศวกรการผลิตอาหารจำเป็นต้องทราบ
^ 1.2 การจำแนกประเภทของวัตถุรีโอโลยี เส้นโค้งการไหล
วัตถุประสงค์ของการวิจัยด้านรีโอวิทยาของอาหารคือวัสดุอาหาร เราจะดำเนินการวิเคราะห์เบื้องต้นเชิงคุณภาพและจัดกลุ่มวัตถุดิบอาหาร หากเราถือว่าก๊าซ ของเหลว และของแข็งเป็นวัสดุพื้นฐานที่ง่ายที่สุด (ในแง่ของสถานะการรวมตัว) วัสดุอาหารส่วนใหญ่จะเรียกว่าระบบกระจายตัว เป็นสิ่งหลังที่มีลักษณะพิเศษโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากการเบี่ยงเบนที่สำคัญจากกฎคลาสสิกของการเสียรูปและการไหล

ระบบกระจายตัวประกอบด้วยองค์ประกอบหรือเฟสสองส่วนขึ้นไป โดยปกติเฟสหนึ่งจะถือว่าต่อเนื่องและเรียกว่าตัวกลางการกระจาย ส่วนอีกเฟสไม่ต่อเนื่องเรียกว่าเฟสกระจาย การแบ่งส่วนนี้มีเงื่อนไขและชัดเจนมากหรือน้อยในกรณีส่วนใหญ่ สื่อกระจายตัวอย่างเป็นทางการและตามเงื่อนไขในระดับหนึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น 8 ประเภท:

1) ระบบสองเฟสของเฟสของแข็งและก๊าซ

2) ระบบสองเฟสของเฟสของแข็งและของเหลว

3) ระบบสองเฟสของเฟสของเหลวและก๊าซ

4) ระบบสองเฟสของโซลิดเฟสสองเฟส

5) ระบบสองเฟสของสองเฟสของเหลว

6) ระบบสองเฟสของสองเฟสก๊าซ

7) ระบบสามเฟสของเฟสของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

8) ระบบหลายเฟส

ผลิตภัณฑ์อาหาร รวมถึงวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป มีคุณสมบัติทางรีโอโลยีที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ โครงสร้างและโครงสร้างที่กระจายตัว ระบบกระจายตัวที่มีความเข้มข้นสูงพร้อมโครงสร้างเชิงพื้นที่มีคุณสมบัติทางรีโอโลยีที่ซับซ้อนที่สุด

หากเราพิจารณาการจำแนกประเภทของสื่อที่กระจัดกระจายในความหมายที่กว้างขึ้น ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการจำแนกสถานะของสื่อที่พบในอุตสาหกรรมอาหาร ดังนั้น (ในการจำแนกประเภทนี้) จะต้องรวมแนวคิดเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า การไหลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีอัลตราซาวนด์ ฯลฯ
^ 1.2.1 การจำแนกประเภทของโครงสร้างระบบแบบกระจาย
โครงสร้างเช่น โครงสร้างภายในของผลิตภัณฑ์และลักษณะของปฏิสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบแต่ละส่วน (อนุภาค) จะกำหนดองค์ประกอบทางเคมี พารามิเตอร์ทางชีวเคมี อุณหภูมิ การกระจายตัว สถานะของการรวมตัว และปัจจัยทางเทคโนโลยีจำนวนหนึ่ง

ตามการแบ่งประเภทของนักวิชาการ ป.ล. Rebinder โครงสร้างของผลิตภัณฑ์อาหารสามารถแบ่งออกเป็นการแข็งตัวและการตกผลึกแบบควบแน่น

^ โครงสร้างการแข็งตัว ก่อตัวขึ้นในระบบกระจายตัวโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคและโมเลกุลผ่านชั้นของตัวกลางการกระจายตัวอันเป็นผลมาจากแรงยึดเกาะของ van der Waals ความหนาของชั้นระหว่างชั้นสอดคล้องกับพลังงานอิสระขั้นต่ำของระบบ ระบบที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์คือระบบที่ชิ้นส่วนของโมเลกุลเกาะติดกับพื้นผิวของอนุภาคอย่างแน่นหนา และสามารถละลายในตัวกลางการกระจายตัวได้โดยไม่สูญเสียพันธะนี้ ในทางกลับกัน ตัวกลางการกระจายตัวจะอยู่ในสถานะที่ถูกผูกไว้ บ่อยครั้งที่โครงสร้างเหล่านี้มีความสามารถในการฟื้นตัวได้เองหลังจากการถูกทำลาย (thixotropy) ความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นหลังจากการแตกหักจะเกิดขึ้นแบบค่อยเป็นค่อยไป โดยปกติจะขึ้นอยู่กับความแข็งแรงเริ่มต้นอันเป็นผลจากการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของอนุภาคที่กระจัดกระจายสูงเมื่อกระทบกับหน้าสัมผัสของการแข็งตัวของเลือด ความหนาของชั้นขึ้นอยู่กับปริมาณของตัวกลางในการกระจายตัวในระดับหนึ่ง เมื่อเนื้อหาเพิ่มขึ้น ค่าของคุณสมบัติแรงเฉือนมักจะลดลง และระบบจะเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว ในเวลาเดียวกันการกระจายตัวคือ ขนาดอนุภาคที่มีอยู่ แม้ที่ความเข้มข้นของเฟสคงที่ จะส่งผลต่อสถานะของระบบ ความแรง หรือความหนืดของมัน

เมื่อโครงสร้างการแข็งตัวถูกทำให้ขาดน้ำ (โดยเพิ่มเนื้อหาของเฟสการกระจายตัว) ความแข็งแรงของพวกมันจะเพิ่มขึ้น แต่หลังจากถึงขีด จำกัด แล้วพวกมันก็จะหยุดเป็น thixotropic แบบย้อนกลับได้ ความสามารถในการคืนสภาพของโครงสร้างจะคงอยู่ในสภาพแวดล้อมพลาสติกที่มีความหนืดเมื่อกรอบเชิงพื้นที่ถูกทำลายโดยไม่ทำลายความต่อเนื่อง ด้วยการลดลงอีกในเนื้อหาของเฟสของเหลวเช่น เมื่อเปลี่ยนมาใช้พลาสติกเพสต์ การฟื้นฟูความแข็งแรงหลังจากการทำลายโครงสร้างเป็นไปได้ภายใต้การกระทำของความเครียดที่ทำให้เกิดการเสียรูปของพลาสติก ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสัมผัสที่แท้จริงทั่วทั้งพื้นผิวของการแตกหัก ที่ระดับสูงสุดของการบดอัดของโครงสร้างและความหนาน้อยที่สุดของชั้นของตัวกลางของเหลว ความสามารถในการคืนสภาพและความเป็นพลาสติกจะหายไป และเส้นโค้งความแข็งแรงขึ้นอยู่กับความชื้นจะแสดงการหักงอ ในกรณีนี้ หน้าสัมผัสของอนุภาคยังคงเป็นแบบจุด พวกมันสามารถเข้าสู่รูปแบบเฟสได้โดยการเผาผนึกหรือการสะสมโดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและการเปลี่ยนแปลงสาระสำคัญทางชีวเคมีของวัตถุไปพร้อม ๆ กัน

ในระหว่างการก่อตัวของโครงสร้างการแข็งตัวในผลิตภัณฑ์อาหารหลายชนิด สารลดแรงตึงผิวและโปรตีนที่ละลายในน้ำมีบทบาทสำคัญ ซึ่งทำหน้าที่เป็นอิมัลซิไฟเออร์และความคงตัวของระบบที่เกิดขึ้น และสามารถเปลี่ยนลักษณะทางโครงสร้างและเชิงกลได้อย่างมีนัยสำคัญ

^ โครงสร้างการควบแน่น-การตกผลึก มีอยู่ในผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม พวกมันสามารถเกิดขึ้นได้จากโครงสร้างการจับตัวเป็นก้อนเมื่อตัวกลางการกระจายตัวถูกกำจัดออก หรือเมื่ออนุภาคของระยะการกระจายตัวเติบโตร่วมกันในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน (การจับตัวเป็นก้อนหรือการเปลี่ยนสภาพของโปรตีน) ระหว่างการทำให้ของเหลวเย็นตัวลงและทำให้เย็นตัวลง หรือเพิ่มความเข้มข้นของสารละลาย ในระหว่างกระบวนการก่อตัว โครงสร้างเหล่านี้สามารถมีสถานะการเปลี่ยนแปลงได้หลายสถานะ - การแข็งตัว-การตกผลึก, การแข็งตัว-การควบแน่น การก่อตัวของพวกมันมีเอกลักษณ์เฉพาะด้วยความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง คุณสมบัติหลักที่แตกต่างของโครงสร้างประเภทนี้มีดังต่อไปนี้: ความแข็งแกร่งที่มากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการแข็งตัวเนื่องจากความแข็งแรงสูงของการสัมผัสเองการไม่มี thixotropy และธรรมชาติของการทำลายล้างที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ความเปราะบางและความยืดหยุ่นสูงเนื่องจากความแข็งแกร่ง ของโครงกระดูกของโครงสร้าง การมีอยู่ของความเค้นภายในที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของหน้าสัมผัสเฟส และต่อมานำไปสู่การตกผลึกซ้ำและความแข็งแรงลดลงเองตามธรรมชาติจนถึงการสูญเสียความต่อเนื่อง เช่น การแตกร้าวระหว่างการอบแห้ง

ดังนั้นประเภทของโครงสร้างผลิตภัณฑ์จะเป็นตัวกำหนดคุณภาพและตัวบ่งชี้ทางเทคโนโลยีและพฤติกรรมในกระบวนการเปลี่ยนรูป
^ 1.2.2 การจำแนกประเภทของสารรีโอโลยี
การเป็นเจ้าของผลิตภัณฑ์จริงกับร่างกายรีโอโลยี "อุดมคติ" ประเภทใดประเภทหนึ่งซึ่งระบุจากการทดลองเบื้องต้นทำให้สามารถปรับการเลือกอุปกรณ์สำหรับการวิจัยและกำหนดคุณสมบัติของอุปกรณ์ได้อย่างถูกต้อง

คุณสมบัติแรงเฉือนแสดงถึงกลุ่มคุณสมบัติหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในการคำนวณกระบวนการเคลื่อนไหวต่างๆ ในชิ้นส่วนการทำงานของเครื่องจักร และสำหรับการประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหาร ในเรื่องนี้ วิธีการจำแนกประเภทอาหารและวัตถุทางรีโอโลยีอื่น ๆ ตามลักษณะแรงเฉือนได้กลายเป็นวิธีแพร่หลายที่สุด

หากเราถือว่าวัตถุที่ยืดหยุ่นและมีความหนืดอย่างแท้จริงเป็นขอบเขต วัตถุอื่นๆ ทั้งหมดก็จะอยู่ระหว่างพวกมัน การจำแนกประเภทที่ง่ายที่สุด (ตารางที่ 1.2) เสนอตามอัตราส่วนของความเค้นเฉือนขั้นสูงสุดต่อความหนาแน่นและความเร่งโน้มถ่วง (
) เป็นตัววัดความสามารถของสารในการรักษารูปร่าง
ตารางที่ 1.2
การจำแนกประเภทของวัตถุตามพารามิเตอร์ทางกายภาพ

ปริญญาตรี Nikolaev เสนอการจำแนกประเภททั่วไป (จากสถานะของแข็งไปจนถึงสถานะหนืดอย่างแท้จริง) โดยพิจารณาจากขนาดของคุณสมบัติทางกล กลุ่มแรกประกอบด้วยวัตถุที่มีลักษณะคล้ายของแข็งและของแข็ง กลุ่มที่สอง - ของแข็งและของเหลว และกลุ่มที่สาม - ลักษณะคล้ายของเหลวและของเหลว ตัวบ่งชี้ขั้นต่ำที่แสดงคุณลักษณะทางรีโอโลยีของผลิตภัณฑ์อย่างเพียงพอจะแตกต่างกันไปในแต่ละกลุ่ม

ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งและคล้ายของแข็งของกลุ่มแรก (ไขมันแข็ง เนื้อเยื่อเนื้อทั้งตัว แครกเกอร์ คุกกี้ ฯลฯ) มีลักษณะเฉพาะโดยโมดูลัสยืดหยุ่น ความหนืด และอัตราส่วนของความหนืดต่อโมดูลัสยืดหยุ่น รวมถึงความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด ซึ่งเป็นตัวกำหนดการเริ่มต้นของการไหลของโครงสร้าง

ผลิตภัณฑ์ของแข็งและของเหลวของกลุ่มที่สอง (เนื้อสับ, คอทเทจชีส, เยลลี่, แป้งแป้ง ฯลฯ ) ซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลที่หลากหลายนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยตัวบ่งชี้จำนวนมากที่สุด: โมดูลัสยืดหยุ่น, ความยืดหยุ่น, อัตราส่วนความหนืดต่อ โมดูลัสยืดหยุ่น ความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด ความเป็นพลาสติก และค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นและการทำให้เป็นของเหลว (การแข็งตัว)

ผลิตภัณฑ์ของเหลวและของเหลวของกลุ่มที่สาม (ไขมันละลาย, น้ำซุป, นม, น้ำผึ้ง, น้ำ ฯลฯ ) มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าของความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด, การพึ่งพาความหนืดของโครงสร้างต่อความเค้น, การสูญเสียแรงดันเมื่อไหลผ่านท่อ , ความเร็วการไหลสูงสุด และความหนืดเป็นหลัก

เสนอโดยศาสตราจารย์ วี.ดี. Kosym และ M.Yu. การจำแนกสื่อเทคโนโลยีชีวภาพของ Merkulov ตามลักษณะแรงเฉือนแบบรีโอโลยีจะแบ่งวัสดุออกเป็นกลุ่มต่างๆ ดังต่อไปนี้:

เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะจำแนกวัตถุจริงโดยใช้สมการกำลังของเฮอร์เชล-บัลค์ลีย์:

, (1.7)

ที่ไหน: – ความตึงระหว่างชั้นผลิตภัณฑ์ Pa;

– ความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด, Pa;

– ค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอแปรผันตามความหนืด, Pa s n;

n– ดัชนีปัจจุบัน
ด้วยวิธีจำแนกประเภทนี้ ความสัมพันธ์จะถูกสร้างขึ้นระหว่างความเค้นเฉือนและการไล่ระดับความเร็ว (เส้นโค้งการไหล ดูด้านล่าง) และระหว่างความหนืดประสิทธิผลและการไล่ระดับความเร็วเฉือน ขึ้นอยู่กับลักษณะของเส้นโค้งที่เกิดขึ้น ประเภทของวัตถุต่อไปนี้มีความโดดเด่น แสดงในตารางที่ 1.3

ระบบที่อยู่ในตาราง 1.3 จะไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้ยังมีกลุ่มของระบบที่มีคุณสมบัติแปรผันตามเวลา: ทิโซทรอปิกซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยการฟื้นฟูโครงสร้างด้วยอุณหภูมิความร้อนหลังการทำลายตลอดจนการทำลายอย่างต่อเนื่อง (จนถึงขีด จำกัด ที่แน่นอน) ในระหว่างการเสียรูปและ ทำซ้ำซึ่งสามารถจัดโครงสร้างได้ เช่น ก่อให้เกิดการสัมผัสกันระหว่างอนุภาคอันเป็นผลมาจากการวางแนวหรือความปั่นป่วนเล็กน้อยภายใต้การกระทำทางกลที่มีการไล่ระดับความเร็วต่ำ

ป.ล. Rebinder และ N.V. มิคาอิลอฟเสนอให้แบ่งร่างกายทางรีโอโลยีออกเป็น เหมือนของเหลวและ เหมือนของแข็งขึ้นอยู่กับลักษณะของเส้นโค้ง η อีฟ ( τ ) ข้าว. 1.3 และจากช่วงผ่อนคลาย (ช่วงผ่อนคลายคือช่วงเวลาที่ความเครียดในร่างกายที่โหลดลดลง จ= 2.7 เท่า)

ตารางที่ 1.3
ค่าคงที่ในสมการ (1.7)

เลขที่	ความเครียดเฉือนขั้นสูงสุด	ดัชนี กระแส	ความหนืด	ชื่อร่างกาย
1	0	∞	∞	ร่างกายที่ยืดหยุ่นของ Hooke
2	> 0	0	> 0	ตัวพลาสติกของ Saint-Venant
3	> 0	1	> 0	ตัวพลาสติกมีความหนืด ชเวโดวา-บิงกามา
4	0	< 1	> 0	ร่างกายเทียม
5	0	> 1	> 0	ร่างกายที่ขยายตัว
6	> 0	< 1	> 0	ตัวพลาสติกแบบไม่เชิงเส้น
7	> 0	> 1	> 0	ร่างกายขยายไม่เชิงเส้น
8	0	1	> 0	วัตถุนิวตันที่มีความหนืดอย่างแท้จริง
9	0	0	0	ของเหลวในอุดมคติ

วัตถุที่มีลักษณะคล้ายของไหล ได้แก่ ของไหลของนิวตันและระบบที่มีโครงสร้างซึ่งไม่มีขีดจำกัดความเค้นเฉือนแบบคงที่ ( τ 0 st = 0) เช่น ระบบดังกล่าวจะไหลเมื่อมีการใช้อิทธิพลภายนอกเล็กน้อยโดยพลการ วัตถุคล้ายของแข็งรวมถึงพลาสติกยืดหยุ่นและวัตถุอื่น ๆ ที่มีแรงเฉือนขั้นสูงสุดแบบคงที่และไดนามิก

เพื่อพิจารณาแนวโน้มการก่อตัวของผลิตภัณฑ์นมอย่างเป็นระบบ จำเป็นต้องใช้การจำแนกประเภทตามหลักวิทยาศาสตร์เป็นข้อกำหนดเบื้องต้น ซึ่งจะทำให้การออกแบบผลิตภัณฑ์นมง่ายขึ้นโดยมีความสม่ำเสมอและองค์ประกอบทางเคมีที่กำหนด

พื้นฐานสำหรับการจำแนกประเภทนี้คือความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ ซึ่งเป็นชุดของคุณสมบัติรีโอโลจีของของเหลวที่มีโครงสร้างอ่อน เป็นผลิตภัณฑ์พลาสติกที่มีความหนืดและยืดหยุ่นได้

ป กลุ่มแรกรวมถึงของเหลวที่มีโครงสร้างอ่อนแอ (แบบมีเงื่อนไขของนิวตันและนิวตัน) ซึ่งรวมถึง: นม, ครีม, นมเข้มข้นที่ไม่มีน้ำตาล ฯลฯ ของเหลวที่มีโครงสร้างอ่อนแอในทางปฏิบัติไม่แสดงความผิดปกติของความหนืดและสามารถจำแนกได้ว่าเป็นของเหลวของนิวตันซึ่งมีการไหลซึ่งก็คือ อธิบายโดยสมการ:

. (1.8)
กลุ่มที่สองประกอบด้วยผลิตภัณฑ์นมที่ไหลเป็นของเหลวพลาสติกที่มีความหนืด (นมอบหมัก ครีมเปรี้ยว โยเกิร์ต ฯลฯ) ตัวพลาสติกที่มีความหนืดจะไม่เปลี่ยนรูปเมื่อมีแรงเค้นน้อยกว่าค่าวิกฤต และที่แรงเค้นมากกว่าจะไหลเป็นของไหลที่มีความหนืด (ของไหลบิงแฮม):

. (1.9)
กลุ่มที่สามรวมถึงผลิตภัณฑ์อีลาสติก (แปรรูป, เรนเนท, ไส้กรอกชีส, เนย)
^ 1.2.3 เส้นโค้งการไหล
พฤติกรรมการเสียรูปของระบบการกระจายตัวที่แท้จริง ซึ่งรวมถึงมวลอาหาร สามารถกำหนดลักษณะได้โดยสิ่งที่เรียกว่า เส้นโค้งการไหล. เส้นโค้งนี้ถูกพล็อตตามข้อมูลการทดลองในพิกัด: ความเค้นเฉือน – อัตราเฉือน โดยทั่วไปการพึ่งพานี้สามารถเขียนได้เป็น:

, หรือ
. (1.10)
สมการนี้ใช้ได้กับระบบจริงซึ่งอาจเป็นของเหลวหรือของแข็งก็ได้ ของเหลวจะถูกแบ่งออกเป็นนิวตันและไม่ใช่นิวตัน วัสดุแข็งที่มีแรงเฉือนสูง τ ตามกฎแล้ว 0 เป็นสื่อที่ไม่ใช่แบบนิวตัน

เส้นโค้งการไหลของของไหลมาจากจุดกำเนิด (รูปที่ 1.4) จากนี้ไปของเหลวจะเป็นตัวกลางที่สามารถเปลี่ยนรูป (ไหล) ได้โดยไม่คำนึงถึงค่าความหนืดด้วยแรงภายนอกที่ใช้เล็กน้อยโดยพลการ ระบบของแข็งสามารถไหลได้ โดยแสดงคุณสมบัติของของเหลวหลังจากความเค้นเฉือนที่เกินค่าวิกฤติที่แน่นอนเท่านั้น - ความเค้นเฉือนที่จำกัด τ 0 ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของพลาสติกของวัสดุ

รูปที่ 1.4. เส้นโค้งปัจจุบัน:

1 – ของไหลของนิวตัน 2 – ของเหลวขยาย;

3 – ของเหลวที่มีความหนืดเชิงโครงสร้าง 4 – ตัวพลาสติกไม่เชิงเส้น

5 – ตัวเครื่องพลาสติกเชิงเส้น
เส้นโค้งการไหล (rheograms) นิวตันของเหลวเป็นเส้นตรง 1 ผ่านจุดกำเนิดของพิกัด (รูปที่ 1.4) สำหรับของเหลวดังกล่าว สมการรีโอโลยีของนิวตันสามารถใช้ได้:

. (1.11)
เส้นโค้งการไหลทั้งหมด ( 2 – 5 ) ซึ่งเบี่ยงเบนไปจากเส้นตรงเรียกว่าของเหลวที่ไม่ใช่แบบนิวตัน (มีความหนืดผิดปกติ) พฤติกรรมของของเหลวที่ไม่ใช่แบบนิวตันอาจมีสาเหตุหลายประการ: ในระบบการกระจายตัวของของเหลว บทบาทการกำหนดจะเล่นโดยการวางแนวของอนุภาคในเฟสการกระจายตัว การเปลี่ยนแปลงรูปร่างและระดับการรวมตัวของพวกมัน ในของเหลวคอลลอยด์ การทำลาย (หรือการเปลี่ยนแปลง ) ของโครงสร้างภายในจะค่อยๆลึกขึ้นเมื่อมีความเครียดเพิ่มขึ้น ในโพลีเมอร์ – ผลของการผ่อนคลายเชิงกล เช่น การกระจายความเครียด ในบางกรณีอาจมีกลไกที่แตกต่างกันทับซ้อนกัน ตัวอย่างเช่น พฤติกรรมที่ไม่ใช่แบบนิวตันของโพลีเมอร์ที่เติมนั้นสัมพันธ์กับการจัดเรียงโครงสร้างใหม่และปรากฏการณ์การผ่อนคลาย กรณีพิเศษของพฤติกรรมที่ไม่ใช่แบบนิวตันของของเหลวคือการเปลี่ยนแปลงความหนืดเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในตัวกลาง หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงความหนืดของตัวกลางจะสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบ ในกรณีนี้ การเสียรูปมักจะไม่ส่งผลกระทบต่อกฎจลน์ของปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม สำหรับปฏิกิริยาที่ต่างกัน เช่น โพลีเมอไรเซชันต่างกัน หรือการแข็งตัวของโอลิโกเมอร์ การเปลี่ยนรูปส่งผลต่อจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา (ตัวอย่างเช่น การไหลของแรงเฉือนในเครื่องปฏิกรณ์ หรือการสัมผัสกับการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก)

ในบรรดาวัสดุอาหารนั้นมีความหนืดแปรผันตามอัตราการเปลี่ยนรูป ของเหลวดังกล่าวอธิบายโดยสมการรีโอโลยีของ Ostwald-de-Ville:

, (1.12)

ที่ไหน ถึง– ค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอ ขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุและชนิดและรูปทรงขององค์ประกอบการวัดของอุปกรณ์

n– ดัชนีปัจจุบัน

.
ขณะเดียวกันก็มีโค้ง ^ 2 ลักษณะ ขยายตัวการไหล (ที่ n> 1) คุณลักษณะส่วนใหญ่ของระบบการกระจายตัวแบบเข้มข้น ซึ่งเมื่ออัตราการเปลี่ยนรูปเพิ่มขึ้น ทำให้เกิด “ความยากลำบากในแรงเฉือน” กล่าวคือ ความหนืดเพิ่มขึ้น เส้นโค้ง 3 อธิบาย พลาสติกเทียมการไหล (ที่ 0< n < 1), что характерно для «сдвигового размягчения» вследствие разрушения структуры с увеличением скорости деформации;

เส้นโค้ง ^ 4 การแสดง พลาสติกไม่เชิงเส้นลักษณะการไหลของตัวพลาสติกส่วนใหญ่หลังจากถึงขีดจำกัดความเค้นเฉือนแล้ว τ 0 สมการรีโอโลยีของ Herschel–Bulkley อธิบายพฤติกรรมของพวกมัน:

. (1.13)
การพึ่งพาเชิงเส้น ^ 5 โดยทั่วไปสำหรับ บิงแฮมร่างกายและสอดคล้องกับการไหลของพลาสติกในอุดมคติ ซึ่งหลังจากถึงความเค้นเฉือนสูงสุดแล้ว τ 0 มีสัดส่วนระหว่างความเร็วและความเค้นเฉือน วัสดุดังกล่าวอธิบายไว้ในสมการบิงแฮม:

, (1.14)

ที่ไหน η pl – ความหนืดของพลาสติก Pa s
ดังนั้นค่าความหนืดที่มีประสิทธิภาพจึงสามารถใช้เป็นพารามิเตอร์ควบคุมสำหรับผลิตภัณฑ์นมทั้งหมดได้ η อีฟ (ที่
). สำหรับผลิตภัณฑ์นมที่มีรูปแบบการไหลของพลาสติกแบบหนืด จำเป็นต้องควบคุมความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด τ 0 และความหนืดของพลาสติก η กรุณา

ของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตันหลายชนิดมีลักษณะเฉพาะด้วยปรากฏการณ์เช่น ทิโซโทรปี– ความหนืดลดลงแบบย้อนกลับได้ (“ ของเหลว”) ของของเหลวหรือโครงสร้างของระบบเมื่อเวลาผ่านไป (รูปที่ 1.5, ก), และ การผ่าตัดเสริมจมูก– เพิ่มความหนืดของระบบกระจายตัวที่เติมแน่นมากด้วยตัวกลางการกระจายตัวที่มีความหนืด (รูปที่ 1.5, ข).

ข้าว. 1.5. เส้นโค้งการไหลที่แสดงลักษณะเฉพาะ:

ก) ระบบทิกโซโทรปิก ข) ระบบรีโอเพ็กซ์
ในหลายกระบวนการ ผลิตภัณฑ์ต้องเผชิญกับความเครียดเชิงกลที่รุนแรง (ปั๊ม เครื่องผสม ฯลฯ) เช่น โครงสร้างของมันทำลายล้างบางส่วนหรือเกือบทั้งหมด ดังนั้น เมื่อใช้ผลการศึกษาทางรีโอโลยีสำหรับการคำนวณเชิงปฏิบัติ อย่างน้อยเราควรเลือกกราฟการไหลที่สอดคล้องกับระดับการทำลายล้างที่กำหนดโดยประมาณ ด้วยเหตุนี้ เมื่อคำนวณกระบวนการต่างๆ จึงจำเป็นต้องใช้คุณลักษณะที่กำหนดในช่วงความเค้นและความเครียดที่สอดคล้องกัน การประเมินเชิงคุณภาพของผลิตภัณฑ์จะต้องดำเนินการตามคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดสำหรับกระบวนการที่กำหนด
^ 1.3 แรงเฉือน พื้นผิว และแรงอัด

คุณสมบัติของวัสดุ
คุณสมบัติทางรีโอโลจีของวัสดุจะแสดงออกมาเมื่อสัมผัสกับแรงหรือปัจจัยภายนอก การสัมผัสนี้เกิดขึ้นระหว่างการแปรรูปวัสดุ การขนส่ง หรือการเก็บรักษา ขึ้นอยู่กับประเภทของแรงภายนอกที่ใช้กับผลิตภัณฑ์ คุณสมบัติเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: แรงเฉือน ปริมาตร และพื้นผิว (รูปที่ 1.6)

สมบัติแรงเฉือนจะแสดงลักษณะเฉพาะของปริมาตรผลิตภัณฑ์เมื่อสัมผัสกับแรงเฉือนและความเค้นในวงสัมผัส รูปที่ 1 1.6, ก.

คุณสมบัติพื้นผิวแสดงลักษณะการทำงานของผลิตภัณฑ์ที่เชื่อมต่อกับวัสดุแข็งอื่นเมื่อสัมผัสกับสภาวะปกติ (การยึดเกาะ รูปที่ 1.6, ข) และความเครียดในวงสัมผัส (แรงเสียดทานภายนอก)

คุณสมบัติการบีบอัด (ปริมาตร) เป็นตัวกำหนดพฤติกรรมของปริมาตรของผลิตภัณฑ์เมื่อสัมผัสกับความเค้นปกติในรูปแบบปิดหรือระหว่างแผ่นสองแผ่น รูปที่. 1.6, วี.
^ 1.3.1 คุณสมบัติแรงเฉือน
ตามที่ระบุไว้ข้างต้น คุณสมบัติแรงเฉือนแสดงถึงคุณสมบัติกลุ่มหลัก คุณลักษณะที่กำหนดคุณสมบัติเหล่านี้สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย ตั้งแต่การประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์ไปจนถึงการคำนวณท่อ เครื่องจักร และอุปกรณ์ คุณสมบัติเหล่านี้จะแสดงออกมาเมื่อผลิตภัณฑ์สัมผัสกับความเค้น (แรง) ในวงสัมผัส

สู่คุณสมบัติแรงเฉือนหลัก มีโครงสร้างที่อ่อนแอและ ระบบวิสโคพลาสติก, เมื่อไร τ > τ 0 อ้างอิง คงที่และ ความเค้นเฉือนขั้นสูงสุดแบบไดนามิก, มีประสิทธิภาพและ ความหนืดของพลาสติก, ความเป็นพลาสติกของโครงสร้างสำหรับระบบวิสโคพลาสติกและ ความหนืดแบบไดนามิกสำหรับระบบกึ่งโครงสร้าง

^ แรงเฉือนแบบสถิต (τ 0 , Pa) คือแรงต่อหน่วยพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ซึ่งสูงกว่าที่ผลิตภัณฑ์เริ่มไหลเช่น ความเครียดเมื่อถึงจุดเปลี่ยนรูปที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้เริ่มพัฒนาในระบบ

^ ความเค้นเฉือนขั้นสูงสุดแบบไดนามิก (τ 0d, Pa) – ความเค้นเท่ากับส่วนที่ตัดบนแกน abscissa ของโซนตรงของการไหลของพลาสติกวิสโคในพิกัดของการไล่ระดับความเร็ว – ​​ความเค้นเฉือน

^ ความหนืดที่มีประสิทธิภาพ – นี่คือสิ่งที่เรียกว่าความหนืด “ชัดเจน” ซึ่งเป็นค่าตัวแปรและขึ้นอยู่กับการไล่ระดับความเร็วของผลิตภัณฑ์ ( , ส –1)

ความหนืดที่มีประสิทธิภาพเป็นคุณลักษณะตัวแปรสุดท้ายที่อธิบายสถานะสมดุลระหว่างกระบวนการฟื้นฟูและทำลายโครงสร้างในการไหลที่สม่ำเสมอ มีลักษณะเป็นมุมเอียงของเส้นตรงที่เชื่อมต่อจุดกำเนิดของพิกัดกับจุดที่กำหนดค่า เมื่อความเค้นเฉือนเพิ่มขึ้น ความหนืดที่มีประสิทธิภาพจะลดลง เช่น มุมเอียงจะเพิ่มขึ้นบนเส้นโค้งการไหลในโซนของการทำลายโครงสร้างเหมือนหิมะถล่ม (โซน 3 - 4, รูปที่ 1.7) คะแนน ก, วี, กับ– สอดคล้องกับค่าที่แน่นอน τ (τ เอ, τ วี τ c) เชื่อมต่อกับจุด 0 จากนั้นความหนืดที่มีประสิทธิภาพในแต่ละจุดจะมีลักษณะเป็นมุมเอียงของเส้นตรง:
;
;
. การพึ่งพาความหนืดประสิทธิผลกับอัตราเฉือนของสเกลลอการิทึม (รูปที่ 1.8) เป็นไปตามความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

(1.15)

ที่ไหน: – ความหนืดประสิทธิผลที่ค่าหน่วยของการไล่ระดับความเร็วสัมพัทธ์ (ไร้มิติ):
(
ส –1);

ม– อัตราการทำลายโครงสร้าง เช่น tg ของความชันของเส้นลอการิทึม

^ ความหนืดของพลาสติก – ค่าคงที่ โดยไม่ขึ้นกับความเค้นเฉือนและการไล่ระดับความเร็วในแกนพิกัด – ความเค้นเฉือนคือ ctg α เส้นตรงที่ไม่ขยายจากจุดกำเนิดพิกัดและตัดออกจากแกน τ ส่วนเท่ากับส่วนคงที่ (สอดคล้องกัน η 0) หรือไดนามิก (สอดคล้องกัน η m) ความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด:

ความหนืดพลาสติกสูงสุด (สวีเดน):

, ป่า ∙ s; (1.16)
ความหนืดพลาสติกต่ำสุด (บิงแฮม):

, ป่า ∙ s; (1.17)

ความเป็นพลาสติกของโครงสร้างคืออัตราส่วนของความเค้นเฉือนขั้นสุดท้ายแบบสถิตต่อความหนืดของพลาสติก:

, ส –1 (1.18)
ความหนืดไดนามิกของไหลของนิวตันหรือโครงสร้างมีลักษณะเป็นมุมเอียงของเส้นตรง
ออกมาจากต้นกำเนิดคือ τ 0 = 0.

คุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกล ในพื้นที่ที่มีโครงสร้างไม่เสียหายในทางปฏิบัติ, เมื่อไร τ < τ 0 สามารถกำหนดได้โดยกฎของฮุค ซึ่งรวมถึง: โมดูลัสยืดหยุ่นทันทีแบบมีเงื่อนไข โมดูลัสยืดหยุ่นและสมดุล ช่วงเวลาผ่อนคลาย คุณสมบัติเหล่านี้ถูกกำหนดจากแผนภาพจลนพลศาสตร์การเปลี่ยนรูปสัมพัทธ์ γ ภายใต้แรงเฉือนอย่างต่อเนื่อง τ เมื่อเกิดการคืบคลาน (รูปที่ 1.9)

ดี แผนภาพจลนศาสตร์การเปลี่ยนรูปประกอบด้วยเส้นโค้งสองเส้น: OABC - โหลด (การกระทำของความเค้นเฉือนคงที่ τ ) และ CDF – การขนถ่าย (การเสียรูปหลังจากการถอดโหลด) โมเมนต์ของการกำจัดโหลดจะถูกตั้งค่าหลังจากการปรากฏของส่วนที่เกือบเป็นเส้นตรงบนเส้นโค้ง ABC

หลังจากถอดโหลดออก การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นที่แท้จริงทันทีตามเงื่อนไขจะหายไปภายใน 0.5–1.0 วินาที γ 0 . แผนภาพแสดงพัฒนาการของการเสียรูปโดยสมบูรณ์ γ m ในขณะที่โหลดถูกลบออก จะแสดงสมการ:
γ ม = γ 0 + γ อี + γ η, (1.19)

ที่ไหน: ( γ 0 + γ อี = γ y) – การเสียรูปแบบยืดหยุ่นซึ่งจะลดลงเองตามธรรมชาติหลังจากถอดภาระออก

γ η – การเสียรูปตกค้าง;

γ e – การเปลี่ยนรูปแบบผลที่ตามมาแบบยืดหยุ่น (ยืดหยุ่น)

การเสียรูปถาวร γ η ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากการขนถ่ายออกมา จะไม่หายไปตามเวลา หลังจากถึงส่วนตรงของเส้นโค้งการขนถ่ายแล้ว จะยังคงเกือบคงที่ สิ่งนี้แสดงออกมาในการไหลของระบบ และความเร็วขึ้นอยู่กับความหนืดของมัน

ผลที่ตามมาของความยืดหยุ่นหรือการเสียรูป (ยืดหยุ่น) ที่กำลังพัฒนาอย่างช้าๆ สามารถย้อนกลับได้ เป็นเพราะโครงสร้างของร่างกายจริง ซึ่งเมื่อรวมกับการผ่อนคลายแล้ว การกลับตัวของความเค้นทำให้เกิดการกระจายการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเมื่อเวลาผ่านไปในส่วนต่าง ๆ ของโครงสร้าง

^ τ ไปยังองค์ประกอบที่ยืดหยุ่นทันทีของการเสียรูปแรงเฉือน γ 0 . ความยืดหยุ่นของวัตถุภายใต้แรงเฉือนนั้นมีลักษณะเป็นโมดูลัสความยืดหยุ่นชนิดที่สอง ชจิตใจ:
ชใจ = τ / γ 0 . (1.20)
โมดูลยืดหยุ่น ชเอ่อ นี่คือทัศนคติ τ ยืดหยุ่น γ y การเสียรูปลบส่วนประกอบที่ยืดหยุ่นได้ทันที γ 0 เช่น เพื่อการเสียรูปแบบยืดหยุ่น γ อี:
ชอี = τ / (γ คุณ – γ 0) = τ / γ จ. (1.21)
โมดูลสมดุลคืออัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า τ เพื่อการเสียรูปทั่วไป γ m โดยที่ไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่นได้:
ช = τ / γ ม. (1.22)
ช่วงพักผ่อนคือระยะเวลาของการผ่อนคลายความเครียด (การฟื้นฟู) ภายใต้การเสียรูปอย่างต่อเนื่องหรือการเสียรูปหลังการกำจัดความเครียด ( ทีอาร์ ส)

ในการวัดคุณลักษณะที่กำหนดคุณสมบัติการรับแรงเฉือนของผลิตภัณฑ์ จะใช้เครื่องวัดความหนืดของการออกแบบต่างๆ และหลักการทำงาน การเลือกหน่วยการวัดสำหรับผลิตภัณฑ์เฉพาะจะกำหนดการได้รับผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ ซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าได้รับข้อมูลที่คำนวณได้ถูกต้อง

^ 1.3.2 คุณสมบัติพื้นผิว
สถานที่พิเศษในคุณสมบัติโครงสร้างและทางกลถูกครอบครองโดย คุณสมบัติพื้นผิว(การยึดเกาะ การยึดเกาะ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน) โดยแสดงลักษณะของแรงปฏิกิริยาระหว่างพื้นผิวการทำงานของอุปกรณ์กับผลิตภัณฑ์แปรรูประหว่างการฉีกขาดหรือแรงเฉือน

ในระหว่างการประมวลผลทางเทคโนโลยี วัสดุอาหาร (กาว) จะสัมผัสกับพื้นผิวของชิ้นส่วนการทำงานต่างๆ ของเครื่องจักร (พื้นผิว) อุปกรณ์การขนส่ง ฯลฯ ธรรมชาติของการไหลของมวลผ่านช่องทางของเครื่องขึ้นรูปประเภทต่างๆ (สกรู, ม้วน, เกียร์ ฯลฯ ) รวมถึงผ่านท่อกระบวนการถูกกำหนดทั้งจากคุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกลและโดยแรงยึดเกาะกับการสัมผัส พื้นผิว

^ การยึดเกาะคือการยึดเกาะของพื้นผิวของวัสดุสองชนิดที่ไม่เหมือนกัน ปรากฏการณ์นี้มักเกิดขึ้นในธรรมชาติและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี ภายใต้ การติดต่อกันเข้าใจการทำงานร่วมกันของอนุภาคภายในร่างกายที่เป็นปัญหา วัสดุอาหารมีลักษณะการฉีกขาดประเภทต่างๆ (รูปที่ 1.10): ก)กาว; ข)เหนียว; วี)ผสม-กาว-เหนียว.

ในบางกรณี เป็นการยากที่จะกำหนดขอบเขตการแตกหักสำหรับระบบเฟสสองเฟสขึ้นไป หลังจากการฉีกขาดพื้นผิวของแผ่นสามารถชุบด้วยตัวกลางการกระจายตัวหรือปกคลุมด้วยฟิล์มบาง ๆ ของเศษที่กระจายอย่างประณีตของผลิตภัณฑ์ภายใต้การศึกษา

ก บี ค)

ข้าว. 1.10. ประเภทของการแยกวัสดุ:

ก)กาว; ข)เหนียว;

วี)ผสม-กาว-เหนียว
ยังไม่มีทฤษฎีเชิงปริมาณทั่วไปของการยึดเกาะ แม้ว่าความพยายามในการอธิบายที่ครอบคลุมของการยึดเกาะตามกลไกอันตรกิริยาต่างๆ จะประสบผลสำเร็จมาก ในแง่นี้ งานพื้นฐานของนักวิชาการ P.A. มีแนวโน้มว่าจะพัฒนาแนวคิดทางทฤษฎีเกี่ยวกับการยึดเกาะ สารยึดเกาะใหม่ต่อการดูดซับและการทำงานของพื้นผิวของฟิล์มบาง อันเป็นผลมาจากการทดลองอันเฉียบแหลมและละเอียดอ่อนของ V.A. Pchelin สร้างแรงตึงผิว ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ศักย์พื้นผิว ฯลฯ สำหรับการแก้ปัญหาของสารโปรตีน ในปรากฏการณ์การยึดเกาะของสารโปรตีน ดังต่อไปนี้ จากแนวคิดทางทฤษฎีของ B.V. Deryagin นอกเหนือจากแรงดึงดูดของ Van der Waals แล้ว ยังมีแรงไฟฟ้าสถิตเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย ซึ่งเกิดจากการปรากฏของชั้นไฟฟ้าสองชั้นบนพื้นผิว

ปริมาณการยึดเกาะระหว่างวัตถุทั้งสองมักจะมีลักษณะเฉพาะดังนี้: แรงดึงออก; งานแยกส่วนเฉพาะต่อหน่วยพื้นที่ เวลาที่ใช้ในการสลายการยึดเกาะระหว่างพื้นผิวและกาวภายใต้อิทธิพลของแรงกระทำบางอย่าง วิธีทดสอบที่พบบ่อยที่สุดคือ:

1. 
   การหลุดออกที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งทำให้สามารถระบุการเปลี่ยนแปลงค่าความแข็งแรงของกาวในแต่ละพื้นที่ของตัวอย่างทดสอบ
2. 
   การแยกแบบสม่ำเสมอ ซึ่งวัดแรงที่ต้องใช้ในการแยกกาวออกจากพื้นผิวพร้อมกันทั่วทั้งพื้นที่สัมผัสทั้งหมด
3. 
   การเปลี่ยนแปลงของวัสดุหนึ่งเมื่อเทียบกับวัสดุอื่น

การยึดเกาะมักมีลักษณะเฉพาะด้วยแรงขั้นต่ำที่ต้องใช้ในการดึงออก ค่านี้เรียกว่าความแข็งแรงของกาว แรงยึดเกาะ (ความเค้น) แรงยึดเกาะ หรือการยึดเกาะจำเพาะ

การก่อตัวของพันธะกาวได้รับอิทธิพลอย่างมากจากคุณสมบัติทางรีโอโลจีของกาว ความสะอาดของพื้นผิวของพื้นผิวและภูมิประเทศ ระยะเวลาของการสัมผัสระหว่างกาวกับพื้นผิว แรงกดสัมผัส อุณหภูมิของกาวและพื้นผิว และความเร็วของการแยกจากพื้นผิว

เมื่อใช้งานอุปกรณ์ตลอดจนเมื่อออกแบบและสร้างเครื่องจักรใหม่ จำเป็นต้องคำนึงถึงปรากฏการณ์การยึดเกาะเพื่อเลือกวัสดุของชิ้นส่วนหรือการเคลือบอย่างถูกต้อง และสร้างโหมดการทำงานที่เหมาะสมที่สุด ตัวอย่างเช่น ในการผลิตขนมหวานชนิดอ่อนจากพราลีน ฟัดจ์ครีม และอื่นๆ อีกมากมาย ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของอวัยวะบางส่วนของเครื่องจักร จำเป็นต้องเพิ่มปฏิกิริยาการยึดเกาะหรือเพื่อให้เกิดการยึดเกาะน้อยที่สุด ดังนั้นหากในบริเวณฟีดของเครื่องขึ้นรูปการยึดเกาะของมวลกับผนังควรน้อยที่สุดดังนั้นในห้องสกรูก็ควรจะยิ่งใหญ่ที่สุด พื้นผิวของสกรูตรงกันข้ามกับที่กล่าวไว้ข้างต้น ควรจะเรียบ ทำจากวัสดุที่มีความเหนียวกับมวลน้อยที่สุด ซูเปอร์ชาร์จเจอร์แบบลูกกลิ้งมีลักษณะพิเศษคือการเพิ่มแรงปฏิกิริยาระหว่างมวลและพื้นผิวของม้วนสูงสุดซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่อง

แม้ว่าธรรมชาติของการยึดเกาะจะยังไม่ได้รับการเปิดเผยจนถึงปัจจุบัน แต่ก็มีทฤษฎีหลายทฤษฎีที่อธิบายสาระสำคัญทางเคมีฟิสิกส์ของปรากฏการณ์การยึดเกาะ:

1. 
   ตามทฤษฎีการดูดซับของ DeBroin และ McLaren การยึดเกาะสัมพันธ์กับการกระทำของแรงระหว่างโมเลกุล: ทางกายภาพ– ฟาน เดอร์ วาลส์ หรือ เคมีตัวอย่างเช่น โควาเลนต์ไอออนิก;
2. 
   เกี่ยวกับทฤษฎีไฟฟ้า B.V. Deryagin และ N.A. Krotova - มีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ขอบเขตของวัตถุที่แตกต่างกันเช่น โดยมีลักษณะอยู่ในโซนสัมผัสของตัวเก็บประจุโมเลกุลไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เกิดจากชั้นไฟฟ้าสองชั้น
3. 
   ตามแม่เหล็กไฟฟ้า - ด้วยปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเช่น การปล่อยและการดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยอะตอมและโมเลกุลซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ในตัวควบแน่น
4. 
   ตามทฤษฎี electrorelaxation ของ N.M. Moskvitin - ด้วยชั้นไฟฟ้าสองเท่าและความเร็วในการแยกซึ่งเป็นการวัดที่ทำให้เกิดลักษณะขององค์ประกอบการเสียรูปของแรงหรืองานทำลายล้างที่เกี่ยวข้องกับอัตราการผ่อนคลายในข้อต่อที่ถูกทำลาย
5. 
   ตามทฤษฎีการแพร่กระจายของ S.S. Voyutsky และ B.V. Deryagin - ด้วยการแพร่กระจายของปลายของโมเลกุลขนาดใหญ่ข้ามขอบเขตของการสัมผัสครั้งแรกซึ่งเป็นผลมาจากในกรณีที่ จำกัด ขอบเขตของเฟสอาจหายไป คล้ายกับนี้คือทฤษฎีทางกลซึ่งขึ้นอยู่กับการสัมผัสของกาวที่เกิดขึ้นเนื่องจากการมีส่วนร่วมทางกลของการก่อตัวของโมเลกุลหรือซูปราโมเลกุลด้วยความหยาบระดับไมโครของพื้นผิว
6. 
   ตามทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ - ด้วยแรงตึงผิวซึ่งกำหนดตามกฎของ Dupre งานของการแทนที่ส่วนต่อประสาน "ของแข็ง - ของเหลว" ด้วยพื้นผิว "ของแข็ง - ก๊าซ" ซึ่งจะรับรู้เมื่อดิสก์ถูกแยกออกจากผลิตภัณฑ์

อย่างเป็นทางการ การยึดเกาะหมายถึงแรงเฉพาะของการแยกแผ่นออกจากผลิตภัณฑ์ตามปกติ:
ร 0 = เอฟ 0 / ก 0 , (1.23)

ที่ไหน: เอฟ 0 – แรงดึงออก, N;

ก 0 – พื้นที่เรขาคณิตของแผ่น m2

^ แรงเสียดทานภายนอก– อันตรกิริยาระหว่างวัตถุที่ขอบเขตการสัมผัส ขัดขวางการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุตามแนวพื้นผิวสัมผัส

เป็นการยากที่จะแยกแรงเสียดทานและการยึดเกาะที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของพื้นผิวสัมผัสของวัตถุทั้งสอง ความสัมพันธ์ระหว่างแรงเสียดทานและการยึดเกาะถูกกำหนดโดยสมการ Deryagin:

, (1.24)

ที่ไหน: ^ฟ tr – แรงเสียดทานภายนอก, N;

μ – ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่แท้จริง

ก 0 – พื้นที่สัมผัสจริง, m2;

ร 0 – การยึดเกาะเฉพาะ, ออกฤทธิ์กับพื้นที่ของพื้นที่ ^ก 0 , ป่า.
แรงเสียดทานภายนอก– แรงที่กระทำในเชิงสัมผัสกับผลิตภัณฑ์และทำให้เกิดการเลื่อนของวัสดุแข็งไปตามผลิตภัณฑ์ มันสามารถคงที่ได้ เอฟ tr st หรือไดนามิก เอฟตร.

คงที่– ค่าสูงสุดที่ได้รับในช่วงเวลาเริ่มต้นของการเคลื่อนตัวของพื้นผิวหนึ่งสัมพันธ์กับอีกพื้นผิวหนึ่ง และถูกใช้ไปกับการเอาชนะแรงเสียดทานสถิต (ความเฉื่อย) และการทำลายพันธะระหว่างวัสดุและผลิตภัณฑ์ (พื้นผิว) ที่เกิดขึ้นระหว่าง ระยะเวลาการติดต่อเบื้องต้น ในช่วงแรกของแรงเฉือน การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นจากสภาวะนิ่งไปสู่การเคลื่อนไหวที่สม่ำเสมอ พร้อมด้วยการเสียรูปแบบพลาสติก

พลวัต– คำนึงถึงแรงเสียดทานของการเลื่อนด้วยความเร็วคงที่ ที่ความเร็วต่ำและด้วยความเร่ง แรงเสียดทานแบบไดนามิกจะเท่ากับแรงเสียดทานสถิต ความแตกต่างระหว่างแรงไดนามิกและแรงสถิตคือ แรงเฉื่อย รใน.

ค่าสัมประสิทธิ์ที่แท้จริงของแรงเสียดทานภายนอก μ(คงที่หรือไดนามิก) – อัตราส่วนของแรงเสียดทานภายนอกที่สอดคล้องกัน ^ฟ tr เท่ากับผลรวมของแรงสัมผัสปกติ เอ็นและการแยกจากกัน (ร 0 ∙ ก 0) (1.26).

ในบางกรณีจะสะดวกกว่าในการใช้งาน มีประสิทธิภาพ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานภายนอก μเอฟ:
μ อีฟ = เอฟตร/ เอ็น. (1.25)
ค่าสัมประสิทธิ์นี้สัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่แท้จริงดังนี้

. (1.26)
แรงเสียดทานภายนอกขึ้นอยู่กับความเหนียวและปัจจัยอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง (แรงกดสัมผัส ความเร็วการเคลื่อนที่ อุณหภูมิ ฯลฯ) และอิทธิพลของปัจจัยเหล่านี้ยังไม่ชัดเจน เพื่อยืนยันแรงเสียดทานภายนอกในทางทฤษฎี จึงได้มีการเสนอทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล เครื่องกล ฟิสิกส์ และทฤษฎีอื่นๆ ที่คล้ายกับทฤษฎีที่อธิบายการยึดเกาะ
^ 1.3.3 คุณสมบัติการบีบอัด
คุณสมบัติการบีบอัดใช้ในการคำนวณชิ้นส่วนการทำงานของเครื่องจักรและอุปกรณ์ และเพื่อประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เช่น ในแรงดึงและแรงอัด เหล่านี้ได้แก่ ค่าสัมประสิทธิ์ความดันปริมาตรและด้านข้าง ค่าสัมประสิทธิ์การเจาะ โมดูลัสยืดหยุ่นและอื่น ๆ. นอกจากนี้ แบบจำลองทางกลจำนวนหนึ่ง (Maxwell, Kelvin ฯลฯ) ยังอธิบายพฤติกรรมของผลิตภัณฑ์ภายใต้การเปลี่ยนรูปตามแนวแกนหรือปริมาตร

ความหนาแน่นเนื่องจากเป็นหนึ่งในคุณสมบัติการบีบอัด จึงเป็นคุณลักษณะที่สำคัญในการคำนวณเครื่องจักรและอุปกรณ์จำนวนหนึ่ง และเมื่อประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ความหนาแน่นเฉลี่ย ( ρ , กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร) สำหรับปริมาตรที่ค่อนข้างน้อยจะพิจารณาจากอัตราส่วน:
ρ = ม / วี, (1.27)

ที่ไหน: ม– มวลผลิตภัณฑ์ กก.

วี– ปริมาณผลิตภัณฑ์, ลบ.ม.
ความหนาแน่นที่แท้จริงเท่ากับขีดจำกัดของอัตราส่วนมวลต่อปริมาตรเมื่อค่าหลังมีแนวโน้มเป็นศูนย์

ระหว่างความหนาแน่น ρ และความถ่วงจำเพาะ ( γ , N/m 3) มีความสัมพันธ์แบบง่าย:
γ = ρ ∙ ก, (1.28)

ที่ไหน: ก– ความเร่งในการตกอย่างอิสระ, m/s 2
ความหนาแน่นของส่วนผสมของส่วนประกอบหลายอย่างเมื่อไม่มีปฏิกิริยากัน ซึ่งองค์ประกอบหรือปริมาตรของส่วนผสมเปลี่ยนแปลงไป สามารถคำนวณได้จากการพึ่งพาอาศัยกัน:

หรือ
, (1.29)

ที่ไหน: กับ ฉัน– ความเข้มข้นของส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่งในส่วนผสม กิโลกรัมต่อส่วนผสม 1 กิโลกรัม

ρ ฉัน– ความหนาแน่นของส่วนประกอบ กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร

ฉัน– จำนวนส่วนประกอบ

อัตราส่วนการบีบอัดตามปริมาตร (β, Pa –1) แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร (Δ ^วี, m 3) ของผลิตภัณฑ์เมื่อความดันเปลี่ยนแปลง (Δ ร, Pa) ต่อหน่วยการวัด

สำหรับของเหลวที่มีโครงสร้างแบบนิวตัน แทบจะเป็นอิสระจากแรงดันและระยะเวลาการออกฤทธิ์ สำหรับระบบพลาสติกที่มีความหนืด เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์จะลดลง และที่ความดันสูงเพียงพอ เช่น ที่ความดัน (20 - 30) ∙10 5 Pa ค่าสัมประสิทธิ์จะถึงค่าที่มีอยู่ในตัวกลางการกระจายตัว โดยเฉพาะน้ำ เนื่องจากในผลิตภัณฑ์หลายชนิด ของอุตสาหกรรมนม (นมเปรี้ยว ฯลฯ ) มีมากถึง 70-75%

ค่าสัมประสิทธิ์การบีบอัดปริมาตรสำหรับของเหลวที่มีโครงสร้างของนิวตันและในทางปฏิบัติของนิวตันถูกกำหนดโดยการพึ่งพา:

. (1.30)
สำหรับระบบที่มีความหนืดของพลาสติก ค่าสัมประสิทธิ์ β สามารถใช้เป็นลักษณะเฉพาะได้ขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการได้รับสัมผัสและแรงกดบนผลิตภัณฑ์:

, (1.31)

ที่ไหน: ร– แรงกดดันที่กระทำต่อผลิตภัณฑ์ Pa –1;

ที– ระยะเวลาของแรงกดดันต่อผลิตภัณฑ์, s;

ε V – การเสียรูปเชิงปริมาตรสัมพัทธ์
ค่าสัมประสิทธิ์แรงดันด้านข้าง ζ คืออัตราส่วนของความดันด้านข้าง ร b ถึงแกน ร o ภายใต้การกระทำของความเค้นปกติในปริมาณปิด:
ζ = รข/ รโอ (1.32)
สำหรับของไหลแบบนิวตันและแบบมีโครงสร้าง ζ = 1 และสำหรับพลาสติกที่มีความหนืด ζ < 1.

ภายใต้เงื่อนไขของปริมาตรคงที่เช่นภายใต้การบีบอัดแกนเดียวความสูงของร่างกายจะลดลงและขนาดตามขวางจะเพิ่มขึ้นซึ่งมีลักษณะโดยการเสียรูปสัมพัทธ์ซึ่งเชื่อมต่อถึงกันผ่าน อัตราส่วนของปัวซอง.

^ อัตราส่วนของปัวซอง υ คืออัตราส่วนของการเสียรูปเชิงเส้นสัมพัทธ์เช่น ข้ามไปเป็นแนวยาวในช่วงของกฎของฮุค และกำหนดคุณลักษณะความยืดหยุ่นของผลิตภัณฑ์

ความยืดหยุ่น– ความสามารถของร่างกายหลังจากการเสียรูปในการคืนรูปเดิมอย่างสมบูรณ์ในขณะที่งานเปลี่ยนรูปก็เท่ากับงานบูรณะ

ความยืดหยุ่นในแรงดึงและแรงอัดมีลักษณะเฉพาะโดยโมดูลัสยืดหยุ่นของชนิดแรก ( อี,ป้า) เพื่ออธิบายคุณสมบัติความยืดหยุ่นของผลิตภัณฑ์ในเขตการเปลี่ยนรูปต่างๆ (รูปที่ 1.11) แนวคิดดั้งเดิมของโมดูลัสยืดหยุ่นมักจะไม่เพียงพอ จากนั้นคุณสามารถใช้การปรับเปลี่ยนโมดูลัสยืดหยุ่น: ทันทีแบบมีเงื่อนไข, ยืดหยุ่น, สมดุล

^ โมดูลัสความยืดหยุ่นทันทีแบบมีเงื่อนไข แสดงถึงอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า σ ไปยังองค์ประกอบที่ยืดหยุ่นอย่างแท้จริงของการเสียรูปในทันทีทันใด ε 0 .

^ โมดูลยืดหยุ่น คืออัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า σ เพื่อการเสียรูปแบบยืดหยุ่น ε จ.

ร สมดุล (ผ่อนคลาย)ไอออน) โมดูลคืออัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า σ ไปจนถึงการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นทั่วไป ε องค์กรแบบรวมเมื่อไม่สามารถแยกแยะระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้ในทันทีที่มีเงื่อนไข

ในระหว่างการประมวลผลทางเทคโนโลยี วัสดุอาหารต้องเผชิญกับภาระภายนอกที่ทำให้เกิดการเสียรูป ซึ่งเป็นผลมาจากความเครียดภายในที่เกิดขึ้นในวัสดุ แม้ในความเค้นต่ำ อัตราส่วนระหว่างส่วนประกอบยืดหยุ่น หนืด และพลาสติกของการเสียรูปไม่คงที่ และกระบวนการที่พัฒนาเมื่อเวลาผ่านไปเกิดขึ้นในวัสดุ ผ่อนคลาย(การดูดซับ) ของความตึงเครียด

Maxwell เปิดตัวแนวคิดการผ่อนคลายความเครียดครั้งแรกในช่วงปลายทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา พวกเขาให้การแสดงออกทางการวิเคราะห์สำหรับกระบวนการผ่อนคลายของวัสดุ บนสมมติฐานของความสัมพันธ์ที่เป็นสัดส่วนโดยตรงระหว่างอัตราความเครียดที่ลดลงเมื่อเวลาผ่านไปและขนาดของความเค้นที่กระทำ

หลังจาก Maxwell F.N. ศึกษาปรากฏการณ์ของความเป็นพลาสติก Shvedov ผู้พัฒนาทฤษฎีของเหลวยืดหยุ่น จึงเป็นการวางรากฐานของรีโอโลยีของระบบที่กระจายตัว เอฟ.เอ็น. ชเวดอฟให้สมการการผ่อนคลายความเครียดในรูปแบบของฟังก์ชัน

, (1.33)

ที่ไหน σ - แรงดันไฟฟ้า ณ เวลานั้น ที, ป้า;

σ 0 , σ k คือความเครียดเริ่มต้นและครั้งสุดท้าย ตามลำดับ Pa;

ต p – ระยะเวลาผ่อนคลาย, s.
ช่วงพักผ่อน (ต p) – ช่วงเวลาที่วัสดุผ่านจากสภาวะเครียดที่ไม่สมดุลไปสู่สภาวะที่เกือบจะสมดุลและคงตัว

สมการนี้ทำให้แนวคิดที่ Maxwell แสดงออกมาในรูปแบบจริงที่ว่าตัวถังพลาสติกไหลภายในขีดจำกัดความเค้นที่กำหนด ต่างจาก Maxwell ที่ยอมรับว่าความตึงเครียดในร่างกายผ่อนคลายจนเหลือศูนย์ Shvedov แสดงให้เห็นว่าความตึงเครียดใดๆ ผ่อนคลายไม่เป็นศูนย์ แต่จะถึงขีดจำกัดเท่านั้น σ k ซึ่งเป็นขีดจำกัดความยืดหยุ่นหรือกำลังคราก ซึ่งต่ำกว่านี้ซึ่งไม่ควรเกิดการคลายตัว

เส้นโค้งการผ่อนคลายมีสองส่วนที่แตกต่างกัน ส่วนแรกมีลักษณะเฉพาะคือความเครียดลดลงอย่างรวดเร็วภายใต้เงื่อนไขของอัตราการผ่อนคลายที่ลดลงอย่างรวดเร็ว และส่วนที่สองถูกกำหนดโดยความเครียดที่ลดลงอย่างช้าๆ โดยมีอัตราการผ่อนคลายต่ำมาก ในส่วนที่สอง เส้นโค้งการผ่อนคลายจะเข้าใกล้เส้นตรงบางเส้นขนานกับแกนแอบซิสซาแบบเชิงเส้นกำกับและเว้นระยะห่างจากมันด้วยปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่แทบไม่เกิดการคลายตัวเลย

กระบวนการผ่อนคลายความเครียดในวัตถุดิบอาหารนั้นมาพร้อมกับกระบวนการหนึ่ง คืบคลาน.

คืบคลาน–การเสียรูปของร่างกายช้าภายใต้อิทธิพลของภาระคงที่

กระบวนการคืบแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: ขั้นตอนแรกไม่คงที่โดยมีอัตราความเครียดค่อยๆ ลดลง ส่วนขั้นตอนที่สองคือสถานะคงที่โดยมีอัตราการคืบคงที่

การผ่อนคลายความเครียดและการคืบคลานที่มาพร้อมกับกระบวนการนี้เป็นประเภทของการเปลี่ยนรูปพลาสติก การเกิดขึ้นของกระบวนการเปลี่ยนรูปพลาสติกภายใต้สภาวะการผ่อนคลายความเครียดทำให้คุณสมบัติยืดหยุ่นลดลงและเพิ่มคุณสมบัติของพลาสติก ในทางกลับกัน ความเป็นพลาสติกที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้พลังงานที่ใช้ไปกับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปลดลง ในขณะที่คุณภาพของผลิตภัณฑ์ดีขึ้น

หน้าปัจจุบัน: 18 (หนังสือมีทั้งหมด 19 หน้า) [ข้อความอ่านที่มีอยู่: 13 หน้า]

111. คุณสมบัติทางรีโอโลยีของระบบที่กระจายอย่างอิสระ

ปัจจัยหลักที่กำหนดโครงสร้างและคุณสมบัติทางรีโอโลยีของระบบกระจายตัวคือความเข้มข้นของอนุภาค φ (เศษส่วนของปริมาตร) และศักยภาพของปฏิกิริยาคู่กันของอนุภาค ระบบกระจายตัวที่มีความเสถียรในการรวมตัวเจือจาง โดยที่อนุภาคยังคงรักษาอิสระในการเคลื่อนที่ร่วมกันอย่างสมบูรณ์หรือไม่มีโครงสร้างเฉพาะ เป็นแบบนิวตัน ความหนืดของพวกมันคำนวณโดย สมการของไอน์สไตน์:

η = η 0 (1 + αφ ).

ที่ไหน η 0 – ความหนืดปานกลาง α – ค่าสัมประสิทธิ์เท่ากับ 2.5 สำหรับอนุภาคทรงกลมเมื่อพวกมันหมุนอย่างอิสระในการไหล

คุณสมบัติทางรีโอโลยีระบบกระจายตัวอย่างอิสระ: ความหนืด, ความยืดหยุ่น, ความเป็นพลาสติก

ความเค้นเฉือนที่เกิดจากแรงภายนอก F ตดำเนินไปโดยสิ้นเชิงเพื่อเอาชนะการเสียดสีระหว่างชั้นของของเหลวและเป็นสัดส่วนกับอัตราการเฉือน- นี่คือกฎของนิวตัน:

ต = ηγ

ขนาด η = เสื้อ/γ (ความหนืด)แสดงคุณสมบัติทางรีโอโลยีของของเหลวในระบบการไหลแบบราบเรียบอย่างสมบูรณ์

วัตถุที่มีความหนืดนั้นแตกต่างจากพลาสติกตรงที่พวกมันจะไหลภายใต้ความเครียด มีการอธิบายการไหลของวัตถุที่มีความหนืดในอุดมคติ สมการของนิวตัน:

ที่ไหน ฉ– แรงต้านทานความหนืด ชม.– ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ยู– ความเร็วการไหลเชิงเส้น เอ็กซ์– ประสานกระแสให้เป็นปกติ

การแสดงออกทั่วไปของกฎหมายนี้คือผ่านการเสียรูปแบบเฉือน ในตัวยางยืด หมายถึง งานที่ทำโดยแรงภายนอก ตถูกจัดเก็บในรูปของพลังงานศักย์ของการเสียรูปแบบยืดหยุ่น และในตัวกลางที่มีความหนืด จะถูกแปลงเป็นความร้อนทั้งหมด พลังงานส่วนหนึ่งกระจายไปนั่นคือ วัสดุยังสร้างความต้านทานต่อความหนืดต่อการเสียรูปอีกด้วย วัสดุดังกล่าวเรียกว่า ยืดหยุ่นหนืด. ลักษณะทางรีโอโลยีที่สำคัญของตัวกลางที่มีความยืดหยุ่นหนืดคือเวลาการคลายตัวของการเสียรูปแบบยืดหยุ่น (เวลาของการฟื้นฟูรูปร่าง) นอกเหนือจากความต้านทานต่อการเปลี่ยนรูปที่มีความหนืดและยืดหยุ่นแล้ว วัสดุจำนวนหนึ่งยังมีความสามารถในการให้ความต้านทานคล้ายกับแรงเสียดทานภายนอก (คงที่) ในวัสดุที่กระจายตัวและวัสดุโพลีเมอร์ แรงที่คล้ายกันเกิดขึ้นพร้อมกันกับความต้านทานความหนืด ความต้านทานรวมอธิบายไว้ในสมการ:

ต = ตส + ηγ .

ขนาด η * = (ที – ทีกับ) / γ เรียกว่าความหนืดพลาสติก และวัสดุเรียกว่าพลาสติก มีลักษณะเฉพาะโดยสมบูรณ์ด้วยค่าคงที่ทางรีโอโลจีสองค่า: ตด้วยและ η *. ขนาด ต c เรียกว่าความเค้นเฉือนขั้นสูงสุด (ความเค้นคราก) พฤติกรรมของวัสดุพลาสติกสามารถอธิบายได้ตามกฎของนิวตัน โดยที่ η – ปริมาณแปรผัน หรือกฎชเวดอฟ-บิงแฮมที่มีค่าคงที่สองตัว ( ตด้วยและ η *) ตามข้อมูลของนิวตัน ความหนืดจะคำนึงถึงความต้านทานทั้งหมดโดยขึ้นอยู่กับอัตราการเสียรูป ความหนืดของพลาสติกคำนึงถึงความต้านทานเพียงบางส่วนเท่านั้น

ของเหลวและวัตถุที่มีความหนืดเป็นพลาสติก ซึ่งแรงเสียดทานไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน เรียกว่าไม่ใช่นิวตัน(ผิดปกติ) ของเหลว บางส่วนเรียกว่าของเหลวบิงแฮม ความเป็นพลาสติกเป็นการแสดงให้เห็นที่ง่ายที่สุด (ในทางคณิตศาสตร์) ของคุณสมบัติที่ไม่ใช่แบบนิวตัน การเปลี่ยนจากคืบเป็นพลาสติก จากนั้นการไหลของนิวตันจะเกิดขึ้นทีละน้อย ส่วนใหญ่แล้ว ช่วงของอัตราการเฉือนที่ใหญ่ที่สุด (จาก γ 1 ถึง γ 2) ตกบริเวณบริเวณกระแสพลาสติก สิ่งนี้กำหนดความสำคัญในทางปฏิบัติของกฎ Shvedov-Bingham และค่าคงที่ทางรีโอโลยี η * และ ตกับ.

112. คุณสมบัติทางรีโอโลยีของระบบที่กระจายตัวต่อเนื่องกัน สมการของบิงแฮม

วิธีการหลักของรีโอโลยีคือการพิจารณาสารทางกลในบางแบบจำลอง ซึ่งพฤติกรรมของสารดังกล่าวสามารถอธิบายได้ด้วยพารามิเตอร์จำนวนไม่มาก ในกรณีที่ง่ายที่สุด สามารถกำหนดรีโอวิทยาได้ด้วยพารามิเตอร์เพียงตัวเดียวเท่านั้น

พฤติกรรมยืดหยุ่น- กระบวนการที่สามารถกำหนดลักษณะเฉพาะด้วยสัดส่วนของความเค้นและความเครียด เช่น ความสัมพันธ์เชิงเส้นประเภทหนึ่งระหว่าง τ และ γ . การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงออกมา กฎของฮุค :

τ = Gγ,

ที่ไหน ช- โมดูลัสยืดหยุ่น เด็กชายห้องโดยสาร.

หากแสดงเป็นภาพกราฟิก ตามกฎของฮุค ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเฉือนและการกระจัดสามารถแสดงได้ด้วยการพึ่งพาเชิงเส้น โคแทนเจนต์ของมุมเอียงกับเส้นตรงนี้จะเป็นโมดูลัสความยืดหยุ่นของยัง

เมื่อถอดโหลดออก พารามิเตอร์ดั้งเดิมของร่างกายจะถูกเรียกคืนทันที พลังงานจะไม่กระจายไปในระหว่างกระบวนการขนถ่ายร่างกาย กระบวนการของพฤติกรรมยืดหยุ่นสามารถเป็นลักษณะของวัตถุที่เป็นของแข็งเท่านั้น

ธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้อาจอยู่ที่การพลิกกลับของการเสียรูปเล็กน้อย โมดูลัสยืดหยุ่นอาจขึ้นอยู่กับลักษณะของอันตรกิริยาในของแข็งและเป็นค่าที่สูงมาก ร่างกายอาจพยายามฟื้นตัวด้วยการเคลื่อนไหวด้วยความร้อนซึ่งขัดขวางทิศทางนี้

โมดูลัสยืดหยุ่นยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและอาจมีค่าเล็กน้อย การเสียรูปแบบยืดหยุ่นสำหรับของแข็งสามารถกำหนดได้และสามารถเกิดขึ้นได้จนถึงค่าที่กำหนด ซึ่งเกินกว่าที่จะเกิดการทำลายร่างกายได้ ความเครียดประเภทนี้สำหรับร่างกายที่เปราะบางนี้บ่งบอกถึงความแข็งแกร่ง

พฤติกรรมหนืด(หรือการไหลแบบหนืด) ซึ่งสามารถกำหนดลักษณะตามสัดส่วนของความเค้นและอัตราของกระบวนการเปลี่ยนรูปได้ เรียกว่า กฎของนิวตัน:

ต = ηγ 1 ,

ที่ไหน ที– แรงเฉือน; ชม.– ความหนืด

เมื่ออิทธิพลของแรงเฉือนสิ้นสุดลง รูปร่างเดิมของร่างกายจะไม่สามารถกลับคืนมาได้อีกต่อไป การไหลที่มีความหนืดดังกล่าวอาจมาพร้อมกับการกระจายพลังงานเช่นพลังงานที่กระจายไปในปริมาตรของร่างกาย การไหลแบบหนืดสัมพันธ์กับการถ่ายโอนมวลเมื่อมีการแลกเปลี่ยนสถานที่ระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

แรงดันไฟฟ้าศักย์ที่ใช้สามารถลดอุปสรรคพลังงานเพื่อให้อนุภาคเคลื่อนที่ไปในทิศทางหนึ่งและเพิ่มหรือลดลงในอีกทิศทางหนึ่งได้ สามารถสันนิษฐานได้ว่ากระบวนการไหลแบบหนืดนั้นเป็นกระบวนการที่กระตุ้นด้วยอุณหภูมิ และความหนืดจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแบบทวีคูณ

พลาสติกอาจแสดงพฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้น ด้วยปรากฏการณ์นี้ ไม่มีการพึ่งพาและสัดส่วนระหว่างอิทธิพลต่างๆ และการเสียรูปหลายประเภท ความเป็นพลาสติกเป็นการผสมผสานระหว่างกระบวนการเคลื่อนตัวและการแตกหักและการจัดเรียงใหม่ของพันธะระหว่างอะตอม หลังจากขจัดความเครียดออกไปแล้ว ตัวพลาสติกจะคงรูปร่างใดๆ ที่ได้รับในกระบวนการนี้ไว้

สมการของบิงแฮม:

อัตราการเสียรูปซึ่งอธิบายไว้ในสมการบิงแฮม จะต้องเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างระหว่างทั้งความเค้นที่มีประสิทธิภาพและความเค้นเฉือนขั้นสุดท้าย นอกจากนี้ สมการยังขึ้นอยู่กับการรวมกันของสององค์ประกอบที่ง่ายที่สุดของรีโอโลจี - การเชื่อมต่อแบบขนานขององค์ประกอบที่มีความหนืดและองค์ประกอบคูลอมบ์ของแรงเสียดทานแบบแห้ง

113. วิธีรีโอโลยีเพื่อศึกษาระบบที่กระจายตัว แนวคิดพื้นฐานและกฎอุดมคติของรีโอโลจี

รีโอโลยี– ความซับซ้อนของความรู้และแนวคิดที่กำหนดกฎหมายและกฎเกณฑ์ที่ช่วยให้เราสามารถกำหนดพฤติกรรมของวัตถุที่เป็นของแข็งและของเหลวได้ วิธีการหลักที่รีโอโลจีใช้คือการพิจารณาคุณสมบัติทางกลของวัสดุในแบบจำลองบางรุ่น ซึ่งอธิบายด้วยพารามิเตอร์จำนวนเล็กน้อย

การเสียรูปยืดหยุ่นอธิบายโดยกฎของฮุค:

τ = Gγ,

ที่ไหน ที– แรงเฉือน; ช– โมดูลัสแรงเฉือน (n/m2) γ – แรงเฉือนสัมพัทธ์

ธรรมชาติของความยืดหยุ่นของแต่ละวัตถุอยู่ที่การพลิกกลับได้ของการเสียรูปเล็กน้อยและพันธะระหว่างอะตอม โมดูลัสยืดหยุ่นสามารถกำหนดได้โดยธรรมชาติของอันตรกิริยาในของแข็ง และในทางปฏิบัติไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น โมดูลัสยืดหยุ่นถือได้ว่าเป็นพลังงานยืดหยุ่นจำนวนสองเท่า ซึ่งจะถูกเก็บไว้ต่อปริมาตรหน่วยโดยมีการเปลี่ยนรูปหน่วย การเสียรูปแบบยืดหยุ่นของร่างกายสามารถเกิดขึ้นได้จนถึงค่าจำกัด หลังจากนั้นจะเกิดการทำลายร่างกายที่เปราะบางมากขึ้น

ความแข็งแกร่ง– คุณสมบัติของวัสดุในการต้านทานอิทธิพลภายนอกภายใต้อิทธิพลของความเค้นภายนอก

ความหนืดอธิบายโดยกฎของนิวตัน:

ต = ηγ ,

ที่ไหน ชม.– ความหนืด (n/m2) – พารามิเตอร์ที่กำหนดคุณลักษณะโดยความเค้นและอัตราความเครียดตามสัดส่วน และอาจขึ้นอยู่กับอัตราเฉือนด้วย

ความหนืดของวัสดุโพลีเมอร์อาจมาพร้อมกับการสูญเสียพลังงาน กล่าวคือ สภาวะที่พลังงานที่ปล่อยออกมาทั้งหมดสามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ ความหนืดเป็นกระบวนการกระตุ้นด้วยความร้อน และความหนืดนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล

พลาสติกเป็นองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้น ไม่มีการกระแทกและการเสียรูปต่างๆ ความเป็นพลาสติกของวัสดุจะถูกกำหนดโดยกระบวนการแตกและการจัดเรียงใหม่ของพันธะระหว่างอะตอม ซึ่งอาจมีความคลาดเคลื่อนได้

ความตึงเครียดภายใน– การผสมผสานแบบขนานขององค์ประกอบยืดหยุ่นและแรงเสียดทานแบบแห้ง

การเสียรูป– การกระจัดสัมพัทธ์ในเวลาที่กำหนดบางจุดของระบบ ซึ่งไม่มีการเปลี่ยนแปลงในความต่อเนื่องของวัสดุ

การเสียรูปของพลาสติก– การเสียรูปซึ่งไม่เกิดการทำลายวัสดุ

การเสียรูปยืดหยุ่น- การเสียรูปซึ่งร่างกายกลับคืนมาอย่างสมบูรณ์หลังจากกำจัดภาระบางอย่างออกไป

การจำลองจะต้องดำเนินการโดยใช้โมเดลร่างกายที่แตกต่างกันจริง เมื่อใช้วิธีการแบบจำลอง โหลดเต็มจะตกอยู่บนแต่ละองค์ประกอบ ดังนั้น การเสียรูปทั้งหมดของระบบหรืออัตราการเสียรูปจะเป็นผลรวมของการเสียรูปทุกประเภทที่กระทำต่อร่างกายและความเร็วขององค์ประกอบทั้งหมดที่ทำให้ระบบเกิด เคลื่อนไหว. หากเราพิจารณาการเชื่อมต่อแบบขนานขององค์ประกอบความเครียดและความเร็ว พวกมันจะเหมือนกันสำหรับองค์ประกอบทั้งหมด และโหลดที่เหลือทั้งหมดของระบบจะเป็นผลรวมของโหลดขององค์ประกอบทั้งหมดที่นำมารวมกัน หากคุณใช้กฎการเปลี่ยนรูปแบบอนุกรมและแบบขนาน คุณสามารถใช้แบบจำลองทางรีโอโลยีที่แตกต่างกันได้ หากเราขยายความเป็นไปได้ในการกำหนดคุณลักษณะเชิงปริมาณสำหรับวัตถุจริง เราสามารถใช้แบบจำลองในอุดมคติหลายแบบได้ เป็นที่ยอมรับกันว่าคุณสมบัติทางรีโอโลจีของของเหลวจริงและของแข็งไม่มีความแตกต่างกัน สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าระบบเหล่านี้เป็นสถานะของสสารที่ควบแน่น

114. แบบจำลองทางรีโอโลยี

พฤติกรรมทางกลมีสามกรณีหลัก:

1) ความยืดหยุ่น;

2) ความหนืด;

3) ความเป็นพลาสติก

ด้วยการรวมกระบวนการเหล่านี้และแบบจำลองกระบวนการรีโอโลยีเข้าด้วยกัน จึงเป็นไปได้ที่จะได้แบบจำลองที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งจะอธิบายคุณสมบัติทางรีโอโลยีของระบบต่างๆ มากมาย

ในทุกกรณี การรวมกันแต่ละครั้งจะได้รับการพิจารณาในลักษณะโหมดการเปลี่ยนรูปบางอย่างของปรากฏการณ์นี้ ซึ่งคุณสมบัติของแบบจำลองจะแสดงออกมาเมื่อเปรียบเทียบกับคุณสมบัติขององค์ประกอบ

1. แบบจำลองของแม็กซ์เวลล์– การเชื่อมต่อตามลำดับของความยืดหยุ่นและความหนืด การเชื่อมโยงตามลำดับขององค์ประกอบดังกล่าวอาจหมายถึง ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงที่เท่ากัน (ความเค้นเฉือน) จะกระทำต่อส่วนประกอบทั้งสองของแบบจำลอง τ ) และการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น ( γ G) และความหนืด ( γ η ) สามารถพับได้:

γ = γ ช + γ ?,

ที่ไหน ก– การเสียรูปทั่วไป

ในรุ่นนี้ คุณสามารถเปลี่ยนรูปเป็นค่าบางอย่างได้อย่างรวดเร็วและรักษาระดับให้คงที่ได้ ด้วยค่าเวลาที่สูง ระบบประเภทนี้สามารถมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับของเหลว แต่เมื่อมีการใช้ความเค้นเฉือน ระบบจะทำงานเหมือนของแข็งที่ยืดหยุ่นได้

2. โมเดลเคลวิน– การเชื่อมต่อแบบขนานของความยืดหยุ่นและความหนืด ในแบบจำลองดังกล่าว การเสียรูปขององค์ประกอบทั้งสองสามารถเหมือนกันได้ และความเค้นเฉือนจะถูกสรุปรวมเข้าด้วยกัน ภายใต้แรงดันไฟฟ้าคงที่ แบบจำลองเคลวินจะมีพฤติกรรมแตกต่างออกไป องค์ประกอบที่มีความหนืดไม่สามารถทำให้เกิดการเสียรูปขององค์ประกอบยืดหยุ่นได้ในทันที จากนั้นความผิดปกติโดยรวมจะค่อยๆพัฒนาไปตามกาลเวลา:

สมการนี้สอดคล้องกับการเสียรูปที่ค่อยๆ ช้าลง ความเครียดทั่วไปบรรเทาลงเนื่องจากพลังงานที่สะสมโดยองค์ประกอบยืดหยุ่น ที่นี่ กระบวนการเปลี่ยนรูปของร่างกายยืดหยุ่นเกิดขึ้นและการกระจายพลังงานเกิดขึ้นกับองค์ประกอบที่มีความหนืด ตัวอย่างของรุ่นดังกล่าว: การหน่วงการสั่นสะเทือน โดยส่วนใหญ่เป็นแบบกลไกในยาง

3. อินพุตองค์ประกอบไม่เชิงเส้นเข้าสู่ระบบได้รับแบบจำลองที่อธิบายการเกิดความเค้นภายในด้วยการผสมผสานระหว่างองค์ประกอบยืดหยุ่นและแรงเสียดทานแบบแห้ง หากความเค้นที่ใช้ในระบบเกินความแข็งแรงของผลผลิต การเสียรูปจะเกิดขึ้นซึ่งอาจเกิดจากการสะสมพลังงานในองค์ประกอบยืดหยุ่น

4. โมเดลบิงแฮม– การเชื่อมต่อแบบขนานขององค์ประกอบนิวตันที่มีความหนืดและองค์ประกอบแรงเสียดทานคูลอมบ์แห้ง เนื่องจากองค์ประกอบต่างๆ เหมือนกัน การเสียรูปก็จะเหมือนกัน และความเค้นจะเพิ่มขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น ความเค้นบนองค์ประกอบคูลอมบ์จะต้องไม่เกินค่าจำกัดของความเค้นเฉือน

จากนี้ไปอัตราการเปลี่ยนรูปซึ่งอธิบายโดยองค์ประกอบที่มีความหนืดจะต้องเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างระหว่างความเค้นที่มีประสิทธิผลและความเค้นเฉือนขั้นสุดท้าย

เนื่องจากแบบจำลองทางรีโอโลยีมีความซับซ้อนมากขึ้น เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ในการอธิบายการเปลี่ยนรูปจึงมีความซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้นแบบจำลองจึงพยายามลดความเครียดทุกประเภทให้เป็นแบบจำลองที่เรียบง่ายกว่า หนึ่งในวิธีการอำนวยความสะดวกในงานดังกล่าวคือการใช้สิ่งที่เรียกว่า การเปรียบเทียบทางเครื่องกลไฟฟ้า เช่น การได้รับแบบจำลองทางรีโอโลยีโดยใช้วงจรไฟฟ้า

115. การจำแนกประเภทของระบบกระจัดกระจาย ของไหลของนิวตันและไม่ใช่ของนิวตัน ซูโดพลาสติก ของเหลวและของแข็งที่ขยายตัวได้

เป็นที่ทราบกันดีว่ามีคุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกลหลายประเภทที่สามารถสะท้อนถึงความหลากหลายของวัตถุทั้งตามธรรมชาติและสังเคราะห์ได้ หลายระบบมีเฟสกระจาย ซึ่งในทางกลับกันก็มีเฟสที่แตกต่างกันมากมาย มีลักษณะที่แตกต่างกัน สถานะของการรวมตัว และขนาดอนุภาค คุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกลของระบบที่กระจายตัวจำนวนมากนั้นเป็นอนุกรมที่ต่อเนื่องและไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งรวมถึงทั้งแบบเก่าและใหม่ที่เกิดขึ้นเมื่อพิจารณาระบบ งานวิจัยด้านคุณสมบัติทางโครงสร้างและทางกลดำเนินการโดย พี.เอ. รีไบเดอร์ ผู้เสนอการแบ่งสารออกเป็นโครงสร้างการควบแน่น-ตกผลึกและการแข็งตัว การก่อตัวของโครงสร้างที่ตกผลึกด้วยการควบแน่นสามารถเกิดขึ้นได้จากปฏิกิริยาทางเคมีโดยตรงทั้งระหว่างอนุภาคและในระหว่างการสะสมจนเกิดเป็นโครงสร้างแข็งที่มีปริมาตรมาก หากอนุภาคที่เข้าร่วมในกระบวนการไม่มีรูปร่าง โครงสร้างที่ก่อตัวในระบบที่กระจัดกระจายมักเรียกว่าการควบแน่น หากเกี่ยวข้องกับคริสตัล โครงสร้างที่เกิดขึ้นจะตกผลึก โครงสร้างของประเภทการควบแน่น-ตกผลึกสามารถเป็นคุณลักษณะของระบบที่กระจายตัวในประเภทที่เกี่ยวข้องกัน กล่าวคือ ระบบที่มีตัวกลางที่กระจายตัวเป็นของแข็ง การใช้โครงสร้างดังกล่าวทำให้ผลิตภัณฑ์มีความแข็งแรงและความเปราะบาง แต่จะไม่ได้รับการฟื้นฟูหลังจากการถูกทำลาย โครงสร้างการแข็งตัวอาจเป็นโครงสร้างที่สามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะในระหว่างการแข็งตัวเท่านั้น เมื่อโครงสร้างดังกล่าวถูกสร้างขึ้น ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างสามารถเกิดขึ้นได้ในทุกชั้นของระยะการกระจายตัว และเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ การใช้โครงสร้างดังกล่าวไม่สามารถนำไปสู่ความเสถียรของโครงสร้างได้ สมบัติทางกลของโครงสร้างดังกล่าวถูกกำหนดไม่เพียงแต่โดยคุณสมบัติของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นระบบเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับลักษณะของพันธะและชั้นระหว่างตัวกลางด้วย โครงสร้างประเภทการแข็งตัวมีตัวกลางของเหลวสำหรับระบบดังกล่าวสิ่งสำคัญคือต้องฟื้นฟูระบบหลังจากการถูกทำลาย ในการใช้งานจริงทั้งวัสดุหนึ่งและวัสดุอื่น ๆ มีลักษณะเฉพาะซึ่งทำให้สามารถควบคุมองค์ประกอบและความสม่ำเสมอของวัสดุได้และในกระบวนการของเทคโนโลยีกระบวนการก่อตัวจะถูกควบคุม

ระบบของเหลวแบ่งออกเป็นสองประเภท:

1) นิวตัน;

2) ไม่ใช่แบบนิวตัน

นิวตันเรียกว่าระบบซึ่งความหนืดไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเค้นที่เกิดขึ้นระหว่างแรงเฉือนและสามารถเป็นค่าคงที่ได้ ของเหลวเหล่านี้แบ่งออกเป็นสองประเภท: เครื่องเขียน(สำหรับระบบดังกล่าว คุณสมบัติทางรีโอโลยีไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา) ไม่นิ่งลักษณะทางรีโอโลจีจะถูกกำหนดโดยกรอบเวลา

ไม่ใช่แบบนิวตันระบบเหล่านี้เป็นระบบที่ไม่อยู่ภายใต้กฎของนิวตัน และความหนืดในระบบดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือน

ของเหลวที่ทำให้เจือจาง– ระบบที่มีเฟสของแข็งจำนวนมาก ซึ่งการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่วุ่นวายทำให้ความหนืดลดลงเนื่องจากความผิดปกติ เมื่อภาระบนระบบดังกล่าวเพิ่มขึ้น การอัดแน่นของอนุภาคอาจหยุดชะงักและปริมาตรของระบบอาจเพิ่มขึ้น ซึ่งจะส่งผลให้ความหนืดในระบบเพิ่มขึ้น

ของเหลวเทียมพลาสติก– ระบบที่มีลักษณะพิเศษคือความหนืดของนิวตันลดลงพร้อมกับอัตราความเครียดของแรงเฉือนทั้งหมดที่เพิ่มขึ้น

116. ความหนืดของระบบกระจายตัวที่มีความเสถียรในการรวมตัวของของเหลว

รากฐานของทฤษฎีนี้วางโดย A. Einstein ผู้ศึกษาสารแขวนลอยเจือจาง ก. ไอน์สไตน์ศึกษาสมการอุทกพลศาสตร์สำหรับอนุภาคของแข็งทั้งหมดที่มีรูปร่างเป็นทรงกลม ซึ่งสามารถเกิดการเคลื่อนที่แบบหมุนเพิ่มเติมได้ การกระจายตัวที่เกิดขึ้นในกรณีนี้เป็นสาเหตุที่ทำให้ความหนืดเพิ่มขึ้น ก. ไอน์สไตน์ได้สมการที่เกี่ยวข้องกับความหนืดของระบบ η และเศษส่วนปริมาตรของเฟสที่กระจายตัว φ :

η = η 0 (1+ 2,5φ ).

เมื่อหาสมการได้ตั้งสมมติฐานว่าระบบอาจไม่ถูกบีบอัด ไม่มีการเลื่อนระหว่างอนุภาคและของเหลว การทดลองที่ A. Einstein ดำเนินการหลายครั้งยืนยันสมมติฐานของเขา เขาพบว่าค่าสัมประสิทธิ์ที่หมายถึงพารามิเตอร์ของเศษส่วนของเฟสที่กระจัดกระจายนั้นขึ้นอยู่กับรูปร่างของอนุภาคเท่านั้น

จากทฤษฎีของ A. Einstein เราสามารถสรุปได้ว่าระบบที่เจือจางและเสถียรนั้นเป็นของเหลวของนิวตัน ความหนืดของมันจะขึ้นอยู่กับเศษส่วนปริมาตรของเฟสที่กระจายตัวเป็นเส้นตรงและไม่ขึ้นอยู่กับการกระจายตัว โดยทั่วไปพารามิเตอร์ 2.5 จะมีขนาดใหญ่กว่าสำหรับอนุภาคบางตัว สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการหมุนของอนุภาคที่ไม่ใช่ทรงกลมนั้นเกินปริมาตรของอนุภาคนั้นเอง อนุภาคดังกล่าวมีความต้านทานสูงซึ่งสามารถเพิ่มความหนืดของระบบได้ หากเกิดการเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญจากรูปร่างทรงกลม ระบบสามารถเปลี่ยนเป็นของไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตันได้ ซึ่งความหนืดจะขึ้นอยู่กับความเค้นเฉือน

สมการของไอน์สไตน์ไม่ได้คำนึงถึงการมีอยู่ของชั้นผิว (การดูดซับ การละลาย) บนอนุภาค ความหนืดที่เพิ่มขึ้นอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากมีชั้นดังกล่าวอยู่ ชั้นผิวไม่เปลี่ยนรูปร่างของอนุภาคอิทธิพลของพวกมันจะถูกนำมาพิจารณาเมื่อเศษส่วนปริมาตรของเฟสเพิ่มขึ้น ทฤษฎีนี้ได้รับการเสริมเพิ่มเติมโดย G. Staudinger ซึ่งใช้ทฤษฎีนี้เพื่ออธิบายความหนืดของสารละลายโพลีเมอร์เจือจาง สมการสเตาดิงเงอร์:

η เอาชนะ = กม,

ที่ไหน ถึง– การกำหนดลักษณะเฉพาะของโพลีเมอร์อย่างต่อเนื่อง ม– มวลโพลีเมอร์ กับ– ความเข้มข้นมวลของพอลิเมอร์

G. Staudinger แนะนำว่าเมื่อสายโซ่โพลีเมอร์ยาวขึ้น ปริมาตรการหมุนจะเพิ่มขึ้น และความหนืดของสารละลายจะเพิ่มขึ้นที่ความเข้มข้นเท่ากัน ความหนืดตามสมการไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายโพลีเมอร์และสามารถเป็นสัดส่วนกับน้ำหนักโมเลกุลได้ สมการที่ได้จาก G. Staudinger ใช้เพื่อกำหนดน้ำหนักโมเลกุลของโพลีเมอร์ สมการนี้ใช้ได้เฉพาะกับคำตอบของโพลีเมอร์ที่มีทั้งสายโซ่สั้นและสายแข็ง โดยที่ยังคงรูปร่างไว้ แต่สมการที่ใช้กันมากที่สุดในการกำหนดมวลของโพลีเมอร์ก็คือ สมการมาร์ก-คูห์น-เฮาวิงค์:

{η } = ก.ม. α ,

ที่ไหน α เป็นลักษณะที่สามารถสะท้อนรูปร่างและความหนาแน่นของโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ซึ่งค่าของปริมาณนี้จะต้องไม่เกินหนึ่ง

จากสมการที่ว่ายิ่งแรงดันไฟฟ้าในระบบสูงขึ้นเท่าใด การแตกตัวของโมเลกุลโพลีเมอร์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และความหนืดของพวกมันก็จะยิ่งลดลง นี่เป็นเพราะการเพิ่มขึ้นของระดับการแยกตัวของวัสดุโพลีเมอร์เมื่อเจือจางซึ่งจะเพิ่มการเติบโตของประจุของโมเลกุลและเพิ่มปริมาตร ในการแก้ปัญหาของโพลีเมอร์ใด ๆ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลอาจทำให้ความหนืดของระบบเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในขณะเดียวกันก็สามารถกำหนดความหนืดได้โดยปริมาตรที่มีประสิทธิผลของอนุภาคต่อหน่วยมวลของโพลีเมอร์ นี่เป็นเรื่องจริงสำหรับวัสดุโพลีเมอร์ทั้งหมดที่สามารถกำหนดความหนืดของระบบได้

117. เส้นโค้งรีโอโลยีที่สมบูรณ์ของระบบกระจายตัวที่มีโครงสร้างการแข็งตัวของเลือด

การเปลี่ยนแปลงความหนืดอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นกับระบบที่กระจายตัวเหนียวแน่นและมีโครงสร้างการแข็งตัว ในการพิจารณานี้มีการใช้ค่าสเปกตรัมทั้งหมดระหว่างสองสถานะสุดขั้วของระบบ: ด้วยระบบที่ทำลายไม่ได้หรือถูกทำลายโดยสิ้นเชิง เมื่อพิจารณาถึงความเค้นเฉือนที่ใช้ คุณสมบัติทางรีโอโลยีของระบบดังกล่าวจะแตกต่างกันไปในช่วงที่กว้างมาก ขึ้นอยู่กับของไหลของนิวตัน การขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางรีโอโลยีต่อการแข็งตัวของเลือดสามารถแสดงได้ในรูปแบบของเส้นโค้งรีโอโลยี

เส้นโค้งรีโอโลยีแสดงถึงการพึ่งพาความเครียดขั้นสุดท้ายกับความเค้นเฉือน

เมื่อศึกษาคุณสมบัติการคลายตัวพบว่าที่ความเค้นเฉือนต่ำจะเกิดเอฟเฟกต์ยืดหยุ่นซึ่งสัมพันธ์กับการวางแนวร่วมกันของอนุภาค โดยมีลักษณะเฉพาะคือการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ค่าความหนืดสูงอาจเกิดจากการไหลของตัวกลางการกระจายตัวจากเซลล์ที่ลดขนาดลงสู่เซลล์ข้างเคียงผ่านทางแคบและเมื่ออนุภาคเลื่อนสัมพันธ์กัน

เมื่อถึงค่าหนึ่งของความเค้นเฉือนที่จำกัด บริเวณที่มีการไหลช้าแต่มีความหนืด หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าคืบอาจปรากฏขึ้น

1. ในพื้นที่นี้ การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นซึ่งเกิดขึ้นระหว่างความผันผวนและถูกทำลาย แต่สามารถฟื้นฟูได้ภายใต้อิทธิพลของความเครียดที่ใช้ภายนอก ในกรณีนี้ อนุภาคทั้งหมดจะรวมกันเป็นโครงสร้างการแข็งตัวเดียว ซึ่งประสบกับความผันผวนที่สัมพันธ์กับตำแหน่งในหน้าสัมผัส

2. ในส่วนนี้ การคืบของระบบเกิดขึ้น ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองรีโอโลยีของการไหลของวิสโคพลาสติกที่ความเค้นเฉือนขั้นสุดท้ายต่ำและมีความหนืดสูงเพียงพอ

3. ในส่วนที่สามของเส้นโค้ง บริเวณการไหลของโครงสร้างที่ถูกทำลายด้วยพลังจะเกิดขึ้น ภูมิภาคนี้สามารถอธิบายได้โดยใช้แบบจำลองบิงแฮม

4. ในขั้นตอนนี้คุณสมบัติของของไหลของนิวตันจะปรากฏขึ้นซึ่งมีความหนืดเพิ่มขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีก อาจเกิดการเบี่ยงเบนจากสมการของนิวตันซึ่งสัมพันธ์กับปรากฏการณ์ความปั่นป่วน

คุณสมบัติทางรีโอโลยีของระบบสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อสัมผัสกับการสั่นสะเทือน เมื่อวิเคราะห์เส้นโค้งรีโอโลยี เราสามารถสรุปได้ว่าแม้แต่พฤติกรรมทางกลที่ซับซ้อนมากของระบบก็สามารถแบ่งออกเป็นส่วนง่ายๆ หลายส่วน ซึ่งจะถูกกำหนดโดยแบบจำลองอย่างง่าย

เพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างกระบวนการทำลายและการฟื้นฟูหน้าสัมผัสจำเป็นต้องเปลี่ยนรูปของระบบที่ความเร็วคงที่เป็นเวลานานพอสมควรซึ่งไม่สามารถทำได้ในทางปฏิบัติเสมอไป

แต่ในขณะเดียวกัน ปรากฏการณ์ที่มีกลไกระดับโมเลกุลต่างกัน เช่น การคืบและการไหลของวิสโคพลาสติก สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองเดียวกัน แต่มีพารามิเตอร์ต่างกัน ลักษณะทางรีโอโลจีของระบบที่กระจายสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากเมื่อสัมผัสกับสนามการสั่นสะเทือน

การสั่นสะเทือนอาจทำให้การสัมผัสระหว่างอนุภาคพังทลาย ส่งผลให้ระบบกลายเป็นของเหลวที่ความเค้นเฉือนต่ำมาก เส้นโค้งรีโอโลยีในเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่ใช้การสั่นสะเทือนช่วยให้คุณเห็นว่าคุณสามารถควบคุมคุณสมบัติต่างๆ ของระบบที่กระจายตัวได้อย่างไร เช่น สารแขวนลอย แป้งเปียก หรือผงต่างๆ