Предельное статическое напряжение сдвига это

ПРЕДЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА

Реограммы пластично-вязких твердообразных материалов имеют сложный характер с несколькими характерными участка­ми (рис. 13.5).

С увеличением напряжения сдвига до точки 1 происходит только упругая деформация, слои друг относительно друга не пе­ремещаются, материал ведет себя как твердое тело, вязкость сис­темы бесконечно велика.

Величина θ ст (статическое предельное напряжение сдвига) ха­рактеризует переход системы из состояния покоя в состояние медленного перемещения одного слоя относительно другого (ползучесть) без заметного разрушения структуры. Деформация становится высокоэластичной, вязкость принимает максималь­ное значение (η max) и называется пластической или шведовской.

Величина θ ст, или более распространенное на практике обоз­начение θ 0 — предельное напряжение сдвига неразрушенной структуры, является одной из основных реологических характе­ристик пластично-вязких материалов. Под предельным на­пряжением сдвига понимают напряжение, по достижении которого материал начинает необратимо деформироваться (течь).

Рис. 13.5. Реологические кривые для твердообразных систем:

а — зависимость градиента скорости

от напряжения сдвига;

логарифма эффективной вязкости

от напряжения сдвига;

0—1 — зона упругих деформаций;

1—2 — зона начала течения

с наибольшей эффективной

и пластической вязкостью;

2—3 — начало зоны лавинного

3—4— зона лавинного разрушения структуры (течение с наименьшей

5 и выше — зона ньютоновского течения с постоянной вязкостью

предельно разрушенной структуры

Для большей наглядности представим себе кубик (рис. 13.6), который нижним основанием приклеен к неподвижной плоско­сти, а к верхнему основанию приложено напряжение θ. В резуль­тате кубик превратится в ромбоэдр, так как его боковые стороны сдвинутся на угол ε. Этот угол называется углом сдвига. Он зави­сит от приложенного напряжения и свойств материала.

Рис. 13.6. Деформация сдвига

Если напряжения сдвига малы, то и углы невелики и исчеза­ют после того, как будут сняты напряжения, в этом случае тело проявляет упругие свойства. Если приложены большие напряже­ния, получаются большие углы ε, после снятия напряжений углы сдвига могут частично уменьшаться, но не до нуля, т. е. появятся остающиеся углы сдвига ε’. Напряжения, при которых они появ­ляются, называются пределом упругости и характеризуют пре­дельное напряжение сдвига.

Участок 2—3 (см. рис. 13.5) соответствует интенсивному (ла­винному) разрушению структуры в системе. Начало разрушения θ т означает переход ползучести в течение с постоянно изменяю­щейся вязкостью, называемой эффективной вязкостью η Эф.

Эффективная вязкость — это итоговая характеристика для данного напряжения сдвига, характеризующая равновесное со­стояние между процессами восстановления и разрушения струк­туры, а также ориентации частиц в направлении установившего­ся ламинарного потока жидкости.

Участок 3— 4 (прямая линия) отвечает течению системы с раз­рушенной структурой. Величина θ 0, отсекаемая на оси абсцисс продолжением прямолинейного участка, называется динамиче­ским или бингамовским предельным напряжением сдвига.

Величина θ max соответствует практически полному разруше­нию структурных элементов. Вязкость системы принимает ми­нимально возможное значение.

Адгезия (от лат. adhesio — прилипание) — это сцепление раз­нородных тел, соприкасающихся своими поверхностями. Она относится к поверхностным свойствам пищевых продуктов, иг­рает важную роль в различных технологических процессах, где существует контакт между продуктом и поверхностью обрабаты­вающей машины, и, как правило, нежелательна.

На адгезию пищевых масс оказывают влияние свойства ис­пользуемого сырья и особенности технологии. Например, адге­зия дрожжевого теста зависит от способа приготовления (опарное, безопарное, сорт муки, количество дрожжей, добавки ПАВ и др.).

До настоящего времени природа адгезии полностью не выяс­нена и существует несколько теорий ее существования (адсорб­ционная, термодинамическая, диффузионная, электрическая, химическая и др.).

По адсорбционной теории адгезия связана с действи­ем межмолекулярных сил: физических — ван-дер-ваальсовых, ковалентно-ионных. При взаимодействии двух тел вследствие броуновского движения молекул и их перегруппировки на границе контакта устанавливается адсорбционное равно­весие.

Диффузионная теория, развиваемая С. С. Воюцким, объ­ясняет адгезию полимеров диффузией макромолекул в поры и трещины металлической поверхности, а также результатом диф­фузии в аморфный слой гидроксида, образующегося на поверх­ности металла.

Согласно электрической теории Б. В. Дерягина и Н. А. Кротовой адгезия объясняется контактной электризацией на границе разнородных тел, т. е. возникновением в зоне контак­та своеобразного электрического молекулярного конденсатора, обусловленного двойным электрическим слоем.

Химическая теория связывает явление адгезии с хи­мической активностью контактирующих тел. В месте контакта происходит химическое взаимодействие контактирующих ма­териалов, в результате которого на поверхности металла образу­ются мономолекулярный слой продуктов реакции взаимодей­ствия.

Таким образом, хотя механизм адгезии недостаточно изучен и не существует единой теории этого процесса, каждая из вышеприведенных теорий определенным образом объясняет явление адгезии.

С понятием адгезии тесно связано понятие когезии. Когезия означает связи внутри данного тела. Соотношение адгезии и когезии в значительной степени определяет условие после удале­ния структурированных пищевых масс (тесто, фарши и др.) при нарушении их контакта с твердой поверхностью.

В большинстве случаев силы адгезии превышают силы коге­зии и отрыв от поверхности субстрата происходит полностью или частично в объеме адгезива. В этом случае отрываемая по­верхность полностью или частично оказывается покрыта адгезивом, а вид отрыва называют когезионным или смешанным. Например, для мучного теста это означает прилипание части теста к внутренней поверхности различных емкостей, к деталям технологического оборудования. Повышенная по сравнению с когезией адгезия теста приводит к потерям пищевого сырья и снижению производительности оборудования.

На величину адгезии оказывают влияние различные факторы: влажность продукта, площадь, давление и продолжительность контакта с поверхностью, вид поверхности, скорость отрыва и др.

Источник



Сдвиговые свойства

2015-05-12
2546

Как уже отмечалось выше, сдвиговые свойства представляют собой основную группу свойств. Характеристики, определяющие эти свойства, можно использовать для самых различных целей – от оценки качества продукта до расчета трубопроводов, машин и аппаратов. Эти свойства проявляются при воздействии на продукт касательных напряжений (сил).

К основным сдвиговым свойствам слабоструктурированныхивязко-пластичных систем, когда τ > τ, относятся статическое и динамическое предельное напряжение сдвига, эффективная и пластическая вязкость, пластичность структуры для вязко-пластичных систем и динамическая вязкость для слабоструктурированных систем.

Статическое предельное напряжение сдвига (τ, Па) – это усилие, приходящееся на единицу поверхности продукта, при превышении которого продукт начинает течь, т.е. напряжение, по достижению которого в системе начинают развиваться необратимые деформации.

Динамическое предельное напряжение сдвига (τ_0д, Па) – напряжение, равное отрезку, отсекаемому на оси абцисс прямой зоны вязко-пластичного течения в координатах градиента скорости – напряжение сдвига.

Эффективная вязкость – это так называемая «кажущаяся» вязкость, которая является переменной величиной и зависит от градиента скорости продукта ( , с –1 ).

Эффективная вязкость является итоговой переменной характеристикой, описывающей равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке. Она характеризуется углом наклона прямой линии, соединяющей начало координат с точкой, для которой определяется ее значение. С увеличением напряжения сдвига эффективная вязкость уменьшается, т.е. угол наклона возрастает на кривой течения в зоне лавинообразного разрушения структуры (зона 3 – 4, рис.1.7). Точки а, в, с – соответствующие определенному значению τ (τ_а, τ_в, τ_с), соединим с точкой 0, тогда эффективная вязкость в каждой точке характеризуется углом наклона прямой: ; ; . Зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига в логарифмических шкалах (рис. 1.8) подчиняется следующей зависимости:

где: – эффективная вязкость при единичном значении относительного (безразмерного) градиента скорости: ( с –1 );

m – темп разрушения структуры, т.е. tg угла наклона логарифмической прямой.

Пластическая вязкость – величина постоянная, не зависящая от напряжения сдвига и в осях координат градиент скорости – напряжение сдвига представляет собой ctg α прямой, не выходящей из начала координат и отсекающей на оси τ отрезок, равный статическому (соответствующая η) или динамическому (соответствующая η_m) предельному напряжению сдвига:

наибольшая (шведовская) пластическая вязкость:

наименьшая (бингамовская) пластическая вязкость:

Пластичность структуры – это отношение статического предельного напряжения сдвига к пластической вязкости:

Динамическая вязкость ньютоновской или структурированной жидкости характеризуется углом наклона прямой , выходящей из начала координат, т.е. τ = 0.

Структурно-механические свойства в области практически неразрушенных структур, когда τ

Источник