Реология. Классификация жидких сред

Все реальные тела по течению делят на:

Жидкообразные (Р т = 0) и

Твердообразные (Р т > 0)

В свою очередь жидкообразные тела можно разделить на:

Экспериментальные исследования показали, что можно течение жидкообразных систем представить в виде общей зависимости. Это уравнение известно, как математическая модель Оствальда-Вейля (**) :

где k и n - постоянные, характеризующие данную жидкообразную систему:

Рис.4.13. Типичные реологические кривые жидкообразных тел.

1. - n=1, ньютоновская система и константа k совпадает с ньютоновской вязкостью h.

2 - n<1, псевдопластические жидкообразные системы

3 - n>1, дилатантные жидкообразные системы

Таким образом, отклонение n от единицы характеризует степень отклонения свойств неньютоновских жидкостей от свойств ньютоновских жидкостей (рис.4.13).

При n < 1 вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига и напряжения. Такие жидкости называются псевдопластическими .

При n > 1 вязкость жидкостей растет с увеличением скорости сдвига и напряжения. Такие жидкости называют дилатантными .

1. - к ньютоновским относятся все чистые жидкости, а также разбавленные коллоидные системы с симметричной формой частиц – суспензии, эмульсии, золи.

2. – к псевдопластическим жидкообразным системам можно отнести разбавленные суспензии с ассиметрической формой частиц, растворы полимеров

Дело в том, что длинные макромолекулы и асимметричные частицы оказывают различное сопротивление потоку в зависимости от их ориентации в потоке. С возрастанием напряжения сдвига и скорости течения жидкости частицы постепенно ориентируются своими большими осями вдоль направления потока. Их хаотическое движение меняется на упорядоченное, что и ведет к уменьшению вязкости.

Если частицы дисперсной фазы анизометричны (эллипсоиды, палочки, пластинки) или способны к деформациям (капельки, макромолекулы), то при течении дисперсионной среды могут проявляться в зависимости от природы и размеров частиц различные тенденции.

Покой поток

Сдвиговые напряжения наряду с приданием частицам вращения стремятся деформировать частицы и определенным образом ориентировать в потоке.

Степень ориентации частиц существенно зависит от скорости деформации, т.е. при малых скоростях течения частицы могут быть полностью разориентированы в потоке, при высоких – ориентированы. Это приводит к изменению вязкости в зависимости о т напряжении я сдвига.

Таким образом, с увеличением напряжения сдвига в псевдопластических системах хаотическое движение частиц упорядочивается и вязкость уменьшается.

В этом случае недостаточно понятия вязкости ньютоновской, используется понятие об эффективной вязкости η эф = τ/ g¢.

3. - Дилатантные или растекающиеся системы. В растекающемся потоке объем системы уменьшается при увеличении нагрузки, что приводит к увеличению ее вязкости.

В этих случаях, в частности, при больших деформациях наблюдается увеличение эффективной вязкости с увеличением градиента скорости (дилатансия – уменьшение плотности структуры при ее деформировании под действием приложенных напряжений – например, при начальной стадии размешивания крахмала в воде, в керамических массах, т.е. в порошках и уплотненных дисперсных материалах).

В дисперсной системе с большим содержанием твердой фазы при малых нагрузках дисперсионная среда играет роль смазки, уменьшая силу трения и вязкость системы, прежде чем частицы начнут двигаться, их упаковка становится более рыхлой, и система увеличивается в объеме, вязкость уменьшается. С увеличением напряжения сдвига твердые частицы вступают в контакт, что вызывает увеличение силы трения и вязкость системы возрастает.

Системы, в которых наблюдается зависимость вязкости от напряжения сдвига, называются аномальными или неньютоновскими.

Разнообразие структур в реальных дисперсных системах не позволяет четко разделить их на 2 вида: коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные. Предложенная Ребиндером классификация помогает связать механические свойства тел с их строением.

Для нестационарных неньютоновских жидкостей, отличающихся зависимостью реологических свойств от времени, характерны явления тиксотропии и реопексии . Тиксотропность - способность структурированной системы восстанавливать во времени свои прочностные свойства после её механического разрушения. Восстановление структуры обычно обнаруживают по увеличению вязкости системы, поэтому явление тиксотропии можно определить как уменьшение вязкости системы во времени при наложении нагрузки и постепенный рост вязкости после снятия нагрузки. Реопексия - явление, обратное тиксотропии - возникновение и упрочнение структуры во времени в результате механического воздействия.

Вязкость агрегативно устойчивых дисперсных систем

В ряде случаев вязкость коллоидных систем практически не отличается от вязкости дисперсных систем. Ниже определенной скорости течения наблюдается ламинарное течение и подчинение законам Ньютона и Пуазейля.

Например, при ламинарном течении золей Au, Ag, Pt, As 2 S 3 , AgI и т.д. также справедливы законы Ньютона и Пуазейля. С другой стороны, часто наблюдаются большие отклонения от поведения нормальных жидкостей. Эйнштейном было показано, что введение в среду частиц дисперсной фазы приводит к увеличению вязкости системы. Он установил связь между вязкостью раствора и концентрацией дисперсной фазы для коллоидных систем.

Эту зависимость передает уравнение Эйнштейна:

h = h 0 (1 + aj) или h уд = = a×j, (4.11)

где a - коэффициент формы частиц (для сферических частиц a = 2.5, для удлиненных частиц a > 2,5); h уд - удельная вязкость.

Следовательно, в отсутствие взаимодействия частиц среды с изометрическими частицами система ведет себя как ньютоновская жидкость, но с повышенной вязкостью.

Объемная концентрация рассчитывается по следующей формуле:

(4.12)

η а б дисп.система

Рис. 4.14. Зависимость вязкости от напряжения сдвига при ламинарном (а) и турбулентном (б) режимах течения для ньютоновских жидкостей и агрегативно устойчивых дисперсных систем.

Графическое представление уравнения (4.11) - прямая 1 на рис.4.14.

Рис.4.15. Зависимость вязкости систем от объёмной концентрации дисперсной фазы: 1 – линейная (уравнение Эйнштейна); 2 – для реальных систем с равноосными частицами; 3 – для систем с вытянутыми частицами дисперсной фазы.

С увеличением концентрации дисперсной фазы возрастает взаимодействие между частицами, и обнаруживаются cильные отклонения от уравнения Эйнштейна. Вязкость концентрированных систем растет с увеличением j почти по экспоненте (линия 2 на рис.4.15), для них наблюдается зависимость вязкости от напряжения сдвига, т.е. закон Ньютона не выполняется. Эти отклонения от закона Ньютона и уравнения Эйнштейна обычно обусловлены взаимодействием частиц и образованием структуры, в которой частицы дисперсной фазы определенным образом ориентированы относительно друг друга (структурирование систем).

Зависимость вязкости таких систем от объёмной концентрации фазы даже при малых j не подчиняется уравнению Эйнштейна (кривая 3 на рис.4.15). Для описания зависимости h от j обычно используют уравнение:

h = h 0 exp(a×j) или h = h 0 (1 + aj + bj 2 +..) (4.13)

Условия применения уравнения Эйнштейна:

1) Сферические твердые частицы,

2) Разбавленная и устойчивая дисперсная система,

3) Пробег частиц мал по сравнению с пробегом системы,

4) Несжимаемая система,

5) Течение жидкости носит ламинарный характер,

6) Между частицами отсутствует скольжение.

Реальные дисперсные системы не подчиняются уравнению Эйнштейна по следующим причинам:

1) Наличие у частиц адсорбционных, сольватных слоев, а также ДЭС

2) Взаимодействие частиц дисперсной фазы,

3) Турбулезация потока,

4) Анизометричность частиц,

5) Временная флуктуация.

Изучение деформационного поведения и течения реальных жидких сред привело к открытию ряда явлений, не присущих ньютоновским жидкостям.

Для неньютоновских жидкостей характерно изменение вязкости с изменением скорости сдвига (эффект аномалии вязкости), явление тиксотропии, релаксации, реопекции, высокоэластичные и упругие виды деформации, возникновение нормальных напряжений, существование предельных напряжений сдвига и т.д.

Проявление тех или иных аномальных явлений при приложении
к жидкости внешних сил, прежде всего, зависит от её физической природы, её структуры, а также от внешних факторов.

Необходимо отметить, что ньютоновская жидкость соответствует только узкому специальному случаю.

В природе и в промышленности встречаются, в основном, неньютоновские жидкости (реологические среды). Например, продукты фармацевтической, пищевой, лакокрасочной и бумажной промышленности; нефтепродукты и буровые растворы; полимерные материалы, получаемые и перерабатываемые в химической промышленности; высокотемпературные теплоносители на основе полимеров и суспензий; высококонцентрированные наполненные ракетные топлива и топливные смеси в энергетике и т.д.

Реологические среды по своим механическим свойствам занимают промежуточное положение между идеально вязкими (ньютоновскими) жидкостями и идеально упругими гуковкими телами. В материале
под действием внешних сил, в общем случае, развиваются обратимые
и необратимые деформации:

Здесь – упругая деформация, – вязкоэластичная деформация, – деформация течения. Упругая и высокоэластичная деформации являются обратимыми, течения – необратимая.

Упругая деформация развивается в начальный момент приложения нагрузки, скорость её распространения равна скорости звука в данной среде. После снятия нагрузки она с той же скоростью исчезает. Высокоэластичная деформация развивается во времени, причем скорость этого развития существенно зависит от температуры среды. Величина в десятки и сотни раз превышает . Высокоэластическая деформация имеет релаксационный характер. В зависимости от типа и агрегатного состояния материала количественное соотношение между видами деформации может быть разным.

В отличие от твердых тел, жидкость не обладает способностью сохранять свою форму, она подвижна и течет под действием силы тяжести.

В гидравлике жидкости рассматриваются как сплошные среды, заполненные массой непрерывно.

Ниже предлагается классификация жидкостей:

Раздел гидравлики, изучающий деформационное поведение неньютоновских жидкостей, является частью реологии. Реология изучает механическое поведение сред – от ньютоновских жидкостей до твердых тел, подчиняющихся закону Гука.

Газообразные жидкости . Газообразные жидкости под действием силы тяжести занимают весь объем сосуда, не имея поверхности раздела; сжимаемы, при этом сильно нагреваются, маловязкие. Несмотря на это, при малых изменениях давления и температуры (при малых изменениях объема) газы подчиняются тем же законам движения, как и капельные жидкости. Значительные изменения объема при движении газа наступают при скоростях, близких к скорости звука. В отличие от гидравлики, аэродинамика изучает движение газа при небольших скоростях с учетом его сжимаемости, а газодинамика – при скоростях, близких к скорости звука и сверхзвуковых.

Капельные жидкости. Капельные жидкости, почти несжимаемые, под действием силы тяжести занимают объем сосуда, имея поверхность раздела. В определенных условиях, в отличие от газов, на твердой поверхности образуют капли. Капельные жидкости не оказывают сопротивления к растягивающимся нагрузкам, не воспринимают сосредоточенных нагрузок: силы (нагрузки) должны быть рассредоточены по поверхности. В гидравлике изучается поведение капельных жидкостей.

Идеальные жидкости. Идеальные жидкости абсолютно
несжимаемы, молекулы этой жидкости обладают неограниченной свободой движения, следовательно – отсутствуют силы внутреннего трения, т.е. вязкость равна нулю.

Реальные жидкости.

Ньютоновская жидкость. Для случая одномерного течения молекулярный перенос импульса может быть представлен в виде:

где t – напряжение сдвига, m – коэффициент динамический вязкости жидкости, – градиент скорости (скорость сдвига). Зависимость (2.2) является математической формулировкой закона вязкого трения Ньютона: «Касательное напряжение внутреннего трения пропорционально градиенту скорости в направлении , перпендикулярном движению». Жидкости, подчиняющиеся закону Ньютона, называются ньютоновскими.
В зависимости от выбора направления отсчета по нормали градиент скорости может быть положительным и отрицательным. Знак в (2.2) принимается таким, чтобы касательное напряжение было положительным. Для ньютоновских жидкостей вязкость является постоянной величиной,
не зависит от гидродинамической ситуации. Изменение значения вязкости может быть достигнуто изменением температуры жидкости.

Закону Ньютона подчиняются, в основном, низкомолекулярные жидкости.

Аномально-вязкие жидкости. Жидкости, вязкость которых зависит от гидродинамической ситуации, называются аномально-вязкими. Экспериментальные исследования показывают, что зависимость для многих реальных жидкостей является нелинейной, проявляя изменение вязкости от скорости сдвига и от предыстории жидкости.

Как установлено, для псевдопластических жидкостей (рис. 2.1
и рис. 2.2, кривая 2 ) при малых значениях градиента скорости вязкость имеет постоянное значение , с увеличением возникает зависимость m от .

Рис. 2.1. Кривые течения реальных жидкостей:

1 – ньютоновская; 2 – псевдопластичная; 3 – дилатантная
и 4 – вязко-пластическая среда

Рис. 2.2. Кривые изменения вязкости (обозначения по рис. 2.1)

Значение m с ростом уменьшается до некоторого критического её значения, после чего имеет постоянную величину . Следовательно,
по можно установить 3 зоны:

– наибольшей ньютоновской вязкости ;

– переменной (эффективной) вязкости ;

– наименьшей ньютоновской вязкости .

Установлено, что соотношение может достичь больших величин – .

Для описания кривой течения псевдопластичных жидкостей предложены многочисленные зависимости. Наибольшее распространение получила эмпирическая зависимость в виде степенного закона:

(2.3)

где и – реологические константы жидкости. Обычно с помощью степенного закона описывают только зону эффективной вязкости.
Тогда имеем:

(2.4)

В этом случае . Несмотря на ограниченность, степенной закон из-за своей простоты нашел широкое применение в инженерной практике.

Зависимости, описывающие все зоны кривой течения, дают более сложные уравнения закона сохранения импульса, использование которых вызывает большие математические затруднения.

Аномалия вязкости для суспензий, содержащих асимметричные частицы, объясняется ориентационными эффектами. Вязкость убывает
до тех пор, пока сохраняется возможность дальнейшего ориентирования частиц. При предельной ориентации частиц вязкость не меняется. Вначале дезориентирующий эффект теплового движения одного порядка
с ориентационными эффектами, поэтому вязкость не меняется. Ориентационными эффектами объясняется аномалия вязкости для расплавов и растворов полимеров, а также эмульсий.

Аномалия вязкости для полимеров объясняется также релаксационными процессами.

Для дилатантных жидкостей (рис. 2.1 и рис. 2.2, кривая 3 ) вязкость повышается с увеличением градиента скорости. Для описания деформационного поведения дилатантных жидкостей может быть использована зависимость (2.3). Но в этом случае .

Дилатантными жидкостями являются концентрированные суспензии и растворы некоторых полимеров.

Увеличение вязкости связано с увеличением объема (разбухание), занимаемого дисперсной фазой, при этом объем жидких прослоек возрастает. Для новой структуры двухфазной среды жидкости недостаточно для смазки трущихся друг о друга частиц. Этот эффект внешне проявляется как увеличение вязкости суспензии.

Аномально-вязкие жидкости, реологические характеристики которых зависят от времени. Многие реальные жидкости не могут быть описаны уравнениями типа (2.2) и (2.3). Имеются материалы, для которых связь зависит от времени. Для этих материалов эффективная вязкость зависит не только от градиента скорости, но и от продолжительности сдвига. Эти жидкости в соответствии с тем, возрастает или убывает значение эффективной вязкости во времени (при ), делятся на тиксотропные и реопектические.

Тиксотропия связана с разрушением внутренних связей структуры жидкости. Скорость разрушения зависит от числа связей до начала разрушения структуры. С течением времени число связей уменьшается (уменьшается ). В какой-то момент наступает динамическое равновесие – скорость разрушения и структурообразования будут равны. Тиксотропия является обратимым процессом.

В реопектических жидкостях структурообразование происходит при сдвиге. Например, 42 %-ный водный раствор гипса. После встряхивания этот материал затвердевает в покое за 40 минут, а при медленном встряхивании за 20 секунд.

Следует сказать, что аномалия вязкости, также как и все остальные особенности механического поведения реологических сред, является следствием релаксационного механизма деформации и что все деформационные характеристики среды можно рассчитать, если известна основная релаксационная характеристика среды – её релаксационный спектр.

Вязко-пластическая среда. Вязко-пластическая среда (рис. 2.1, линия 4 ) характеризуется предельным напряжением сдвига . Вязко-пластическая среда до напряжений ведет себя как твердое тело.
С дальнейшим ростом t начинается вязкое (ньютоновское) течение.

Такое поведение жидкостей объясняется тем, что они способны
к образованию пространственных структур; до напряжений структура сохраняется, в дальнейшем она разрушается. После снятия нагрузки
в статическом положении пространственная структура среды восстанавливается. Реологическое уравнение вязко-пластическоей среды имеет вид:

(2.5)

где m – коэффициент пластической вязкости.

Сравнивая зависимости (2.2) и (2.5), введем понятие кажущейся вязкости :

(2.6)

По характеру течения к вязко-пластическим жидкостям относятся буровые глинистые растворы, шламы, масляные краски, консистентные смазки, пасты и т.д.

Встречаются случаи, когда процесс течения характеризуется
с аномалией вязкости (рис. 2.1, позиция, обозначенная пунктирной линией). Для таких сред реологическое уравнение имеет вид:

(2.7)

В вязко-пластических средах реализуется два вида деформации – упругая и вязкого течения.

Вязко-упругая жидкость. Вязко-упругая жидкость проявляет
как упругое восстановление формы, так и вязкое течение. Вязко-упругие от вязких жидкостей отличаются также наличием обратимой деформации, они обладают памятью.

Рассмотрим простейшие реологические свойства - упругость, пластичность и вязкость трех так называемых идеальных тел. В реологии идеальные тела принято называть именами ученых, которые ввели их впервые . Для неньютоновских жидкостей эффективная вязкость состоит из двух компонентов:

1) ньютоновской вязкости η , которая основана на внутреннем трении и представляет физическую константу материала;

2) структурного сопротивления, которое зависит от структурного состояния дисперсных систем и является функцией скорости сдвига .

Эффективная вязкость  эф является итоговой переменной характеристикой, которая описывает равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке и зависит от изменений градиента скорости и напряжения сдвига.

Если в условиях установившегося сдвигового течения касательное напряжение τ не пропорционально скорости деформирования , т.е. их отношение:
, изменяется в зависимости от величины τ или , то такую жидкость называют неньютоновской. Предложено несколько реологических уравнений для описания поведения неньютоновских жидкостей (см. ниже).

Вязкость жидкостей может зависеть от вибрационных (в т.ч. ультразвуковых), электрических, магнитных, световых воздействий, это относится как к растворам и расплавам полимеров, так и к дисперсным системам.

В реологии выделяют два вида течения: 1) вязкое течение – реализуется в истинно вязких, ньютоновских жидкостях при любых сколь угодно малых напряжениях сдвига τ . Это течение описывается уравнением Ньютона:

или
, (1.4)

Где η – коэффициент динамической или абсолютной вязкости, который характеризует величину усилий, возникающих между двумя элементарными слоями жидкости при их относительном смещении, Па∙с;

^ F – сила сопротивления между двумя элементарными слоями, Н;

А – площадь поверхности сопротивления этих слоев, м 2 ;
2) пластическое течение – течение при величине напряжения τ , равного пределу текучести τ Т.

Напряжение – мера интенсивности внутренних сил F [Н], возникающих в теле под влиянием внешних воздействий на единице площади S [м 2 ], нормальной к вектору приложения силы:

, Па. (1.5)
Напряжение в точке нагруженного тела:

. (1.6)
Реологические свойства качественно и количественно определяют поведение продукта под воздействием внешних факторов и позволяют связать между собой напряжения, деформации (или скорости деформаций) в процессе приложения усилия.

В реологии различают два взаимоисключающих понятия: «твердое идеально-упругое тело» и «невязкая жидкость». Под первым понимается такое тело, равновесные форма и напряжение которого достигаются мгновенно. Жидкость называется невязкой, т.е. если жидкость не способна создавать и поддерживать напряжения сдвига. Между предельными состояниями тел (удеально-упругими твердыми телами и невязкими жидкостями) в природе существует огромное многообразие тел промежуточного характера.

Рассмотрим основные модели, которые могут встретиться при изучении реологических свойств пищевых масс. При этом необходимо указать, что точные математические закономерности получены только для ньютоновских жидкостей, для всех неньютоновских течений получены только приближенные формулы.

Известны три промежуточные модели идеализированных материалов (таблица 1.1): идеально-упругое тело (Гука); идеально-вязкая жидкость (Ньютона); идеально-пластичное тело (Сен-Венана).

^ Идеально-упругое тело Гука . В идеально-упругом теле (модель – пружина) энергия, затраченная на деформацию, накапливается и может быть возвращена при разгрузке. Закон Гука описывает поведение кристаллических и аморфных твердых тел при малых деформациях, а также жидкостей при изотропном расширении – сжатии.

^ Идеально-вязкая жидкость Ньютона . Идеально-вязкая жидкость характеризуется тем, что в ней напряжения пропорциональны скорости деформации. Вязкое течение происходит под действием любых сил, как бы малы они не были; однако скорость деформации снижается при уменьшении сил, а при их исчезновении обращается в ноль. Для таких жидкостей вязкость, являющаяся константой, пропорциональна напряжению сдвига.
Таблица 1.1
Реологические модели идеализированных тел

Модель	Вид модели	Графики Течения	Уравнение
Гука
Ньютона
Сен-Венана			При τ < τ Т нет деформации; при τ = τ Т течение

Закон Ньютона описывает поведение многих низкомолекулярных жидкостей при сдвиге и продольном течении. Механическая модель ньютоновской жидкости представляет собой демпфер , состоящий из поршня, который перемещается в цилиндре с жидкостью. При перемещении поршня жидкость через зазоры между поршнем и цилиндром протекает из одной части цилиндра в другую. При этом сопротивление перемещению поршня пропорционально его скорости (см. таблицу 1.1).

^ Идеально пластичное тело Сен-Венана может быть представлено в виде элемента, состоящего из двух прижатых друг к другу пластин. При относительном перемещении пластин между ними возникает постоянная сила трения, зависящая от величины сжимающей их силы. Тело Сен-Венана не начнет деформироваться до тех пор, пока напряжения сдвига не превысят некоторого критического значения – предела текучести τ Т (предельного напряжения сдвига), после чего элемент может двигаться с любой скоростью.

Для того чтобы описать реологическое поведение сложного тела в зависимости от свойств его компонентов, можно комбинировать в различных сочетаниях рассмотренные выше модели простейших идеальных тел, каждое из которых обладает лишь одним физико-механическим свойством. Эти элементы могут быть скомбинированы параллельно или последовательно.

В реологии широко распространен метод механических моделей. Например, для получения наглядной картины поведения материла пол действием напряжений каждое его свойство (упругость, пластичность и др.) заменяют механическим элементом (пружиной, парой трения скольжения и т.д.). В реологии также широко используют геометрическое, математическое, физическое и другое моделирование. Физическое моделирование эффективно для получения качественных и количественных соответствий натурным объектам.

Практическое применение реологических исследований связано, во-первых, с возможностью сопоставлять различные материалы по форме реологических уравнений состояния и значениям входящих в них констант; во-вторых, с использованием реологических уравнений состояния для решения технических задач механики сплошных сред. Первое направление используется для стандартизации технологических материалов, контроля и регулирования технологических процессов практически во всех областях современной техники. В рамках второго направления рассматривают прикладные гидродинамические задачи – транспортировка неньютоновских жидкостей по трубопроводам, течение полимеров, пищевых продуктов в перерабатывающем оборудовании и т.д. Для концентрированных дисперсных систем к этим задачам примыкает установление оптимальных технологических режимов перемешивания, формования изделий и т. п. Для твердых тел производят расчет напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов и изделий в целом для определения их прочности, разрывного удлинения и долговечности.

^ Место реологии как одного из разделов технической механики сплошной среды (среди других разделов технической механики) наглядно видно из следующей классификации:

а) идеальное твердое тело (эвклидово) - при любых нормальных и касательных напряжениях деформация равна нулю (теоретическая механика);

б) упругое тело (гуково) - напряжение пропорционально деформации (сопротивление материалов);

в) пластичное тело (сен-венаново) - при достижении предельного напряжения сдвига начинаются пластические деформации (сопротивление материалов);

г) реологические тела: линейные – составленные из тел входящих в пункты а , б , д; нелинейные - эмпирические;

д) истинно вязкая жидкость (ньютоновская) - напряжение пропорционально градиенту скорости в первой степени;

е) идеальная жидкость (паскалевская) - вязкость и сжимаемость равны нулю.

Качественное развитие реологии, которая играет важную роль в инженерной физико-химической механике, видно из следующих этапов ее изменения.

^ Классическая реология как наука о течении и деформации реальных тел (техническая механика реальных тел или дисперсных систем) ставит задачей изучение свойств существующих продуктов и разработка методов расчета процессов их течения в рабочих органах машин, для получения готовых изделий заданного качества.

^ Физико-химическая механика как наука о способах и закономерностях формирования структур дисперсных систем с заранее заданными свойствами решает следующие задачи:

1) установление существа образования и разрушения структур в дисперсных и нативных системах в зависимости от совокупности физико-химических, биохимических, механических и других факторов;

2) исследование, обоснование и оптимизация путей получения структур с заранее заданными реологическими (в самом широком смысле этого слова) свойствами.

3) разработка способов приложения установленных закономерностей для расчета машин и аппаратов и оперативного контроля основных показателей качества по значениям величин структурно-механических характеристик.

^ Управляющая реология включает исследование и обоснование такого сочетания различных видов воздействий на перерабатываемое сырье, при которых обеспечивается заданный уровень реологических характеристик в течение всего технологического процесса и получение готового продукта с заданными потребительскими свойствами.

Реализация исследований методами инженерной реологии и физико-химической механики позволяет стабилизировать выход изделий, получать готовые продукты постоянного, заранее заданного качества, научно обосновать понятие качества продуктов, рассчитывать, совершенствовать и интенсифицировать технологические процессы, «конструировать» те или иные виды пищевых продуктов и т.д.

Таким образом, реология изучает СМС различных тел, а так же способы и приборы для их определения и регулирования, что необходимо знать инженерам пищевых производств.
^ 1.2 Классификация реологических тел, кривые течения
Объектом исследований в пищевой реологии являются пищевые материалы. Проведем качественный предварительный анализ и группировку пищевых материалов. Если за основные простейшие (по агрегатному состоянию) материалы принять газы, жидкости и твердые тела, то подавляющее большинство пищевых материалов представляет собой, так называемые, дисперсные системы. Именно для последних особенно характерны существенные отклонения от классических законов деформации и течения.

Дисперсные системы состоят из двух или более компонентов или фаз. Обычно одну из фаз рассматривают как сплошную и называют дисперсионной средой, другую, несплошную – дисперсной фазой. Такое разделение является условным и более или менее очевидным в большинстве случаев. Формально, и в некоторой степени условно, дисперсные среды могут быть разделены на восемь типов:

1) двухфазные системы из твердой и газовой фаз;

2) двухфазные системы из твердой и жидкой фаз;

3) двухфазные системы из жидкой и газовой фаз;

4) двухфазные системы из двух твердых фаз;

5) двухфазные системы из двух жидких фаз;

6) двухфазные системы из двух газовых фаз;

7) трехфазные системы из твердой, жидкой и газовой фаз;

8) многофазные системы.

Пищевые продукты, включая сырье и полуфабрикаты, в зависимости от состава, дисперсного строения и структуры обладают различными реологическими свойствами. Наиболее сложными реологическими свойствами обладают высоко-коцентрированные дисперсные системы с пространственными структурами.

Если рассматривать классификацию дисперсных сред в более широком плане, как часть классификации состояний сред, с которыми приходится сталкиваться в пищевой промышленности, то в нее (в эту классификацию) необходимо включить представления о магнитных и электрических полях, потоках электромагнитных излучений, радиоактивном излучении, ультразвуке и т. п.
^ 1.2.1 Классификация структур дисперсных систем
Структуру, т.е. внутреннее строение продукта и характер взаимодействия между отдельными ее элементами (частицами), определяют химический состав, биохимические показатели, температура, дисперсность, агрегатное состояние и ряд технологических факторов.

По классификации акад. П.А. Ребиндера, структуры пищевых продуктов можно разделить на коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные.

^ Коагуляционные структуры образуются в дисперсных системах путем взаимодействия между частицами и молекулами через прослойки дисперсионной среды в результате Ван-дер-ваальсовых сил сцепления. Толщина прослойки соответствует минимуму свободной энергии системы. Термодинамически стабильны системы, у которых с поверхностью частиц прочно связаны фрагменты молекул, способные без утраты этой связи растворяться в дисперсионной среде. В свою очередь, дисперсионная среда находится в связанном состоянии. Зачастую эти структуры обладают способностью к самопроизвольному восстановлению после разрушения (тиксотропия). Нарастание прочности после разрушения происходит постепенно обычно до первоначальной прочности в результате броуновского движения высокодисперсных частиц при попадании на коагуляционные контакты. Толщина прослоек зависит в определенной мере от содержания дисперсионной среды. При увеличении ее содержания значения сдвиговых свойств обычно уменьшаются, а система из твердообразной переходит в жидкообразную. При этом дисперсность, т.е. преобладающий размер частиц, даже при постоянной концентрации фазы влияет на состояние системы, ее прочность или вязкость.

При обезвоживании коагуляционных структур (при увеличении содержания дисперсной фазы) прочность их повышается, но после определенного предела они перестают быть обратимо-тиксотропными. Восстанавливаемость структуры сохраняется в вязко-пластичной среде, когда пространственный каркас разрушается без нарушения сплошности. При дальнейшем снижении содержания жидкой фазы, т.е. при переходе к пластическим пастам, восстановление прочности после разрушения структуры возможно при действии напряжения, вызывающего пластические деформации, которые обеспечивают истинный контакт по всей поверхности разрыва. При наибольшей степени уплотнения структуры и наименьшей толщине прослоек жидкой среды восстанавливаемость и пластичность исчезают, кривая прочности в зависимости от влажности дает излом. При этом контакты частиц остаются еще точечными. Они могут переходить в фазовые путем спекания или срастания при значительном повышении температур и при одновременном изменении биохимической сущности объекта.

При образовании коагуляционных структур во многих пищевых продуктах существенную роль играют поверхностно-активные вещества и растворенные в воде белки, которые выступают в качестве эмульгаторов и стабилизаторов образуемых систем и могут существенно изменять их структурно-механические характеристики.

^ Конденсационно-кристаллизационные структуры присущи натуральным продуктам. Однако они могут образовываться из коагуляционных структур при удалении дисперсионной среды или при срастании частиц дисперсной фазы в процессе термообработки (коагуляция или денатурация белков), при охлаждении расплавов и охлаждении или увеличении концентрации растворов. В процессе образования эти структуры могут иметь ряд переходных состояний – коагуляционно-кристаллизационные, коагуляционно-конденсационные. Их образование характеризуется непрерывным нарастанием прочности. Основные отличительные признаки структур такого типа следующие: большая, по сравнению с коагуляционными, прочность, обусловленная высокой прочностью самих контактов, отсутствие тиксотропии и необратимый характер разрушения, высокая хрупкость и упругость из-за жесткости скелета структуры, наличие внутренних напряжений, возникающих в процессе образования фазовых контактов и влекущих в последующем перекристаллизацию и самопроизвольное понижение прочности вплоть до нарушения сплошности, например растрескивание при сушке.

Таким образом, вид структуры продуктов обусловливает его качественные и технологические показатели и поведение в процессах деформирования.
^ 1.2.2 Классификация реологических тел
Принадлежность реального продукта к тому или иному виду «идеального» реологического тела, выявленная на основе предварительных экспериментов, позволяет обосновать выбор прибора для исследований и правильно определить его свойства.

Сдвиговые свойства представляют собой основную группу свойств, которые широко используются как для расчета различных процессов движения в рабочих органах машин, так и для оценки качества пищевых продуктов. В связи с этим наибольшее распространение получили способы классификации пищевых и других реологических тел по сдвиговым характеристикам.

Если взять упругое и истинно-вязкое тела в качестве граничных, то все остальные тела будут располагаться между ними. Наиболее простая классификация (таблица 1.2) предложена по величине отношения предельного напряжения сдвига к плотности и ускорению свободного падения (
), характеризующего меру способности вещества сохранять свою форму.
Таблица 1.2
Классификация тел по физическим параметрам

Б.А. Николаев предложил обобщенную классификацию (от твердого до истинно-вязкого состояния) по величине механических свойств. К первой группе относятся твердые и твердообразные тела, ко второй – твердо-жидкие, к третьей – жидкообразные и жидкости. Минимум показателей, характеризующих в достаточной мере реологические свойства продуктов, для каждой группы будут различными.

Твердые и твердообразные продукты первой группы (твердый жир, целые ткани мяса, сухари, печенье и пр.) характеризуются в основном модулями упругости, вязкостью и отношением вязкости к модулю упругости, а также предельным напряжением сдвига, обуславливающим начало течения структуры.

Твердо-жидкие продукты второй группы (мясной фарш, творог, студни, мучное тесто и пр.), обладающие многообразием механических свойств, характеризуются наибольшим количеством показателей: модулями упругости, эластичности, отношением вязкости к модулю упругости, предельным напряжением сдвига, пластичностью, а также эластичностью и коэффициентом разжижения (упрочнения).

Жидкообразные и жидкие продукты третьей группы (расплавленный жир, бульоны, молоко, мед, вода и пр.) характеризуются величинами их предельного напряжения сдвига, зависимостью структурной вязкости от напряжения, потерей давления при течении по трубам, предельной скоростью течения и, главным образом, вязкостью.

Предложенная проф. В.Д. Косым и М.Ю. Меркуловым классификация биотехнологических сред по реологическим сдвиговым характеристикам, делит материалы на следующие группы:

Представляет интерес классификация реальных тел с помощью степенного уравнения Гершеля – Балкли:

, (1.7)

Где: – напряжение между слоями продукта, Па;

– предельное напряжение сдвига, Па;

– коэффициент консистенции, пропорциональный вязкости, Па·с n ;

n –индекс течения.
При таком способе классификации строятся зависимости между напряжением сдвига и градиентом скорости (кривые течения, см. ниже) и между эффективной вязкостью и градиентом скорости сдвига. По характеру полученных кривых выделяют следующие виды тел, представленные в таблице 1.3.

Перечисленные в таблице 1.3 системы не меняют своих свойств во времени. Выделяют еще группу систем с переменными во времени свойствами: тиксотропные , которым присуще изотермическое восстановление структуры после разрушения, а также непрерывное ее разрушение (до определенного предела) при деформировании, и реопексные , которые способны структурироваться, т.е. образовывать контакты между частицами в результате ориентации или слабой турбулизации при механическом воздействии с небольшими градиентами скорости.

П.А. Ребиндер и Н.В. Михайлов предложили разделять реологические тела на жидкообразные и твердообразные в зависимости от характера кривой η эф (τ ) рис. 1.3 и от периода релаксации (период релаксации – время, в течение которого напряжения в нагруженном теле уменьшается в е = 2,7 раз).

Таблица 1.3
Значения постоянных в уравнении (1.7).

№ п/п	Предельное напряжение сдвига	Индекс Течения	Вязкость	Название тела
1	0	∞	∞	упругое тело Гука
2	> 0	0	> 0	пластичное тело Сен-Венана
3	> 0	1	> 0	пластично-вязкое тело Шведова-Бингама
4	0	< 1	> 0	псевдопластическое тело
5	0	> 1	> 0	дилатантное тело
6	> 0	< 1	> 0	нелинейное пластичное тело
7	> 0	> 1	> 0	нелинейное дилатантное тело
8	0	1	> 0	истинно-вязкое тело Ньютона
9	0	0	0	идеальная жидкость

К жидкообразным телам относятся ньютоновские жидкости и структурированные системы, не имеющие статического предельного напряжения сдвига (τ 0 ст = 0), т.е. такие системы текут при приложении сколь угодно малого внешнего воздействия. К твердообразным относятся упруго-пластичные и другие тела, обладающие статическим и динамическим предельным напряжением сдвига.

В целях системного рассмотрения тенденций формирования ассортимента молочных продуктов необходимо в качестве исходной предпосылки использовать научно-обоснованную классификацию, которая упростит конструирование молочных продуктов с заданной консистенцией и химическим составом.

В основу такой классификации предложена консистенция продуктов, которая представляет собой совокупность реологических свойств слабоструктурированных жидкостей, вязко-пластичного и упруго-эластичного продукта.

Первая группа включает в себя слабоструктурированные (условно ньютоновские и ньютоновские) жидкости, к которым относятся: молоко, сливки, концентрированное молоко без сахара и др. Слабоструктурированные жидкости практически не проявляют аномалии вязкости и могут быть отнесены к ньютоновским жидкостям, течение которых описывается уравнением:

. (1.8)
Вторая группа объединяет молочные продукты, текущие как вязко-пластические жидкости (ряженка, сметана, йогурт и т.д.). Вязко-пластическое тело не деформируется при напряжениях, меньших критического значения, а при больших течет как вязкая жидкость (жидкость Бингама):

. (1.9)
Третья группа включает в себя упруго-эластические продукты (плавленый, сычужный, колбасный сыры, сливочное масло).
^ 1.2.3 Кривые течения
Деформационное поведение реальных дисперсных систем, к которым относятся пищевые массы, можно охарактеризовать так называемой кривой течения . Эта кривая строится по экспериментальным данным в координатах: напряжение сдвига – скорость сдвига. В общем виде эту зависимость можно записать как:

, или
. (1.10)
Это уравнение применимо для реальных систем, которые могут быть либо жидкостями либо твердообразными материалами. Жидкости, в свою очередь подразделяются на ньютоновские и неньютоновские. Твердообразные материалы, имеющие предельное напряжение сдвига τ 0 , являются, как правило, неньютоновскими средами.

Кривые течения жидкостей исходят из начала координат (рис. 1.4). Из этого следует, что жидкость является средой, поддающейся деформации (течению) независимо от величины вязкости при сколь угодно малом прилагаемом внешнем усилии. Твердообразные системы могут течь, проявляя свойства жидкостей только после превышения касательным напряжением некоторой критической величины – предельного напряжения сдвига τ 0 , определяющей пластические свойства материала.

Рисунок 1.4. Кривые течения:

1 – ньютоновской жидкости; 2 – дилатантной жидкости;

3 – структурно-вязкая жидкость; 4 – нелинейного пластичного тела;

5 – линейного пластичного тела
Кривые течения (реограммы) ньютоновских жидкостей представляют собой прямую линию 1 , проходящую через начало координат (рис. 1.4). Для таких жидкостей применимо реологическое уравнение Ньютона:

. (1.11)
Все кривые течения (2 – 5 ), которые отклоняются от прямой линии, называют неньютоновскими (аномально-вязкими) жидкостями. Неньютоновское поведение жидкостей может иметь различные причины: в жидких дисперсных системах определяющую роль играет ориентация частиц дисперсной фазы, изменение их формы и степени агрегации, в коллоидных жидкостях – постепенно углубляющееся с ростом напряжений разрушение (или изменение) внутренней структуры; в полимерах – эффекты механической релаксации, т.е. перераспределения напряжений. В конкретных случаях может иметь место наложение различных механизмов; например, неньютоновское поведение наполненных полимеров связано как со структурными перестройками, так и с релаксационными явлениями. Частный случай неньютоновского поведения жидкости – изменение вязкости с течением времени из-за протекающих в среде химических реакций. Если реакция идет в гомогенной среде, изменение вязкости среды отражает изменение ее состава; при этом деформирование обычно не влияет на кинетические закономерности реакции. Однако для гетерогенных реакций, например гетерогенной полимеризации или отверждения олигомеров, деформирование влияет на кинетику реакции (например, сдвиговое течение в реакторе или воздействие ультразвуковыми колебаниями).

Среди пищевых материалов существуют такие, у которых вязкость изменяется от скорости деформирования. Такие жидкости описываются реологическим уравнением Оствальда-де-Виля:

, (1.12)

Где К – коэффициент консистенции, зависящий как от природы материала, так и от вида и геометрии измерительных элементов прибора;

n – индекс течения.

.
При этом кривая ^ 2 характеризует дилатантное течение (при n > 1), характерное в основном для концентрированных дисперсных систем, при котором с увеличением скорости деформации наступает «затруднение сдвига», т.е. происходит повышение вязкости; кривая 3 описывает псевдопластическое течение (при 0 < n < 1), что характерно для «сдвигового размягчения» вследствие разрушения структуры с увеличением скорости деформации;

Кривая ^ 4 показывает нелинейное пластическое течение, характерное для большинства пластичных тел после достижения предельного напряжения сдвига τ 0 , реологическое уравнение Гершеля – Балкли описывает их поведение:

. (1.13)
Линейная зависимость ^ 5 характерна для бингамовских тел и соответствует идеальному пластичному течению, у которых после достижения предельного напряжения сдвига τ 0 наблюдается пропорциональность между скоростью и напряжением сдвига. Такие материалы описываются уравнением Бингама:

, (1.14)

Где η пл – пластическая вязкость, Па·с.
Таким образом, в качестве контролируемого параметра всех молочных продуктов может быть принята величина эффективной вязкости η эф (при
). Для молочных продуктов, имеющих вязко-пластичный характер течения, необходимо контролировать предельное напряжение сдвига τ 0 и пластическую вязкость η пл.

Для многих неньютоновских жидкостей характерны такие явления, как тиксотропия – обратимое уменьшение вязкости («разжижение») жидкости или структурирование системы во времени (рис. 1.5,а ), и реопексия – рост вязкости предельно наполненных дисперсных систем с вязкой дисперсионной средой (рис. 1.5,б ).

Рис. 1.5. Кривые течения характеризующие:

а ) тиксотропные системы; б ) реопексные системы
Во многих процессах продукт подвергается интенсивным механическим воздействиям (в насосах, мешалках и т.д.), т.е. его структура достигает частичного или практически предельного разрушения. Поэтому при использовании результатов реологических исследований для практических расчетов следует хотя бы приближенно выбрать ту кривую течения, которая соответствует данной степени разрушения. В соответствии с этим при расчете различных процессов необходимо использовать характеристики, определенные в соответствующем интервале напряжений и деформаций. Качественную оценку продукта также необходимо проводить по наиболее существенным для данного процесса характеристикам.
^ 1.3 Сдвиговые, поверхностные и компрессионные

свойства материалов
Реологические свойства материалов проявляются при воздействии на него каких-либо внешних усилий или факторов. Это воздействие происходит во время переработки материалов, их транспортировки или хранении. По виду приложения внешних усилий к продукту эти свойства можно разделить на три группы: сдвиговые, объемные и поверхностные (рис 1.6).

Сдвиговые свойства характеризуют поведение объема продукта при воздействии на него сдвиговых, касательных напряжений, рис. 1.6,а .

Поверхностные свойства характеризуют поведение продукта на границе раздела с другим, твердым материалом при воздействии нормальных (адгезия, рис.1.6,б ) и касательных (внешнее трение) напряжений.

Компрессионные (объемные) свойства определяют поведение объема продукта при воздействии на него нормальных напряжений в замкнутой форме или между двумя пластинами, рис. 1.6,в .
^ 1.3.1 Сдвиговые свойства
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 слабоструктурированных и вязко-пластичных систем , когда τ > τ 0 , 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 0 , 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:

(1.15)

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 0) или динамическому (соответствующая η m) предельному напряжению сдвига:

Наибольшая (шведовская) пластическая вязкость:

, Па ∙ с; (1.16)
наименьшая (бингамовская) пластическая вязкость:

, Па ∙ с; (1.17)

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

, с –1 (1.18)
Динамическая вязкость ньютоновской или структурированной жидкости характеризуется углом наклона прямой
, выходящей из начала координат, т.е. τ 0 = 0.

Структурно-механические свойства в области практически неразрушенных структур , когда τ < τ 0 , можно характеризовать законом Гука. К ним относятся: условно-мгновенный модуль упругости, эластичный и равновесный модуль, период релаксации. Эти свойства определяют из диаграммы кинетики относительной деформации γ при действии постоянного напряжения сдвига τ ,когда происходит ползучесть (рис. 1.9).

Диаграмма кинетики деформации складывается из двух кривых: ОАВС – нагрузки (действия постоянного напряжения сдвига τ ) и CDF – разгрузки (деформация после снятия нагрузки). Момент снятия нагрузки устанавливают после появления практически прямолинейного участка на кривой АВС.

После снятия нагрузки за 0,5 – 1,0 с исчезает условно-мгновенная истинно упругая деформация γ 0 . На диаграмме полное развитие деформации γ m к моменту снятия нагрузки выражает уравнение:
γ m = γ 0 + γ э + γ η , (1.19)

Где: (γ 0 + γ э = γ у) – упругая деформация, спадающая самопроизвольно после снятия нагрузки;

γ η – остаточная деформация;

γ э – деформация упругого последействия (эластическая).

Остаточная деформация γ η , которая образуется после разгрузки, не исчезает во времени. После выхода на прямолинейный участок кривой разгрузки она остается практически постоянной величиной. Это выражается в течении системы, а скорость зависит от ее вязкости.

Деформация упругого последействия или замедленно развивающаяся (эластическая) является обратимой. Обусловлена она структурой реальных тел, в которых наряду с релаксацией, обратимость напряжений производит перераспределение упругих деформаций по времени в различных частях структуры.

^ τ к мгновенно упругой составляющей деформации сдвига γ 0 . Упругость тел при сдвиге характеризуется модулем упругости второго рода G ум:
G ум = τ / γ 0 . (1.20)
Эластичный модуль G э – это отношение τ к упругой γ у деформации, за вычетом мгновенно упругой составляющей γ 0 , т.е. к эластической деформации γ э:
G э = τ / (γ у – γ 0) = τ / γ э. (1.21)
Равновесный модуль – это отношение напряжения τ к общей деформации γ m , где нельзя разграничить упругую и эластичную деформации:
G = τ / γ m . (1.22)
Период релаксации – это продолжительность релаксирования (восстановления) напряжения при постоянной деформации или деформации после снятия напряжения (t р, с).

Для измерения характеристик, определяющих сдвиговые свойства продуктов, применяют вискозиметры различных конструкций и принципов действия. От выбора измерительного узла для конкретного продукта зависит получение достоверных результатов, что обеспечивает получение правильных расчетных данных.

^ 1.3.2 Поверхностные свойства
Особое место среди структурно-механических свойств занимают поверхностные свойства (адгезия, когезия, коэффициент трения). Они характеризуют усилие взаимодействия между рабочими поверхностями оборудования и перерабатываемого продукта при отрыве или сдвиге.

В процессе технологической обработки пищевые материалы (адгезив) находятся в контакте с поверхностями различных рабочих органов машин (субстрат), транспортирующих устройств и т.п. Характер течения массы по каналам формующих машин разных типов (шнековых, валковых, шестеренных и др.), а также по технологическим трубопроводам определяется как ее структурно-механическими свойствами, так и силами сцепления с поверхностями контакта.

^ Адгезия – это слипание поверхностей двух разнородных материалов. Это явление часто встречается в природе и широко используется в технике. Под когезией понимают сцепление частиц внутри рассматриваемого тела. Для пищевых материалов характерны разные виды отрыва (рис. 1.10): а) адгезионный; б) когезионный; в) смешанный – адгезионно-когезионный.

В ряде случаев для двух или более фазовых систем установить границу разрушения сложно. Поверхность пластины после отрыва может быть смочена дисперсионной средой или покрыта тончайшей пленкой тонкодисперсной фракции исследуемого продукта.

а) б) в)

Рис. 1.10. Виды отрыва материала:

а) адгезионный; б) когезионный;

в) смешанный – адгезионно-когезионный
Общей количественной теории адгезии пока нет, хотя весьма плодотворны попытки комплексного объяснения адгезии на основе различных механизмов взаимодействия. В этом смысле для разработки теоретических представлений об адгезии перспективны фундаментальные работы академика П.А. Ребиндера об адсорбции и поверхностной активности тонких пленок. В результате остроумных и тонких экспериментов В.А. Пчелин установил для растворов белковых веществ поверхностное натяжение, диэлектрическую постоянную, поверхностный потенциал и др. В явлении адгезии белковых веществ, как следует из теоретических представлений Б.В. Дерягина, участвуют, кроме Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения, электростатические силы, обусловленные возникновением двойного электрического слоя на поверхности.

Величину адгезии двух тел принято характеризовать: силой отрыва; удельной работой отрыва, отнесенной к единице площади; временем, необходимым для нарушения связи между субстратом и адгезивом под действием определенной нагрузки. Наиболее распространенными методами испытания являются:

1. 
   неравномерный отрыв, который позволяет выявить изменения в значениях адгезионной прочности на отдельных участках испытуемого образца;
2. 
   равномерный отрыв, при котором измеряют значение усилия, необходимого для отделения адгезива от субстрата одновременно по всей площади контакта;
3. 
   сдвиг одного материала относительно другого.

Часто адгезию характеризуют минимальной силой, необходимой для отрыва. Эту величину называют адгезионной прочностью, адгезионным давлением (напряжением), давлением прилипания или удельным прилипанием.

На формирование адгезионной связи большое влияние оказывают реологические свойства адгезива, чистота поверхности подложки и ее топография, продолжительность контактирования адгезива и субстрата, давление при контакте, температура адгезива и подложки, скорость отрыва от подложки.

При эксплуатации оборудования, а также при проектировании и создании новых машин необходимо учитывать адгезионные явления, для того чтобы правильно выбрать материал деталей или покрытий, установить оптимальный режим работы. Например, при производстве мягких сортов конфет из пралиновых масс, сливочной помадки и ряда других в зависимости от назначения тех или иных органов машины приходится или увеличивать их адгезионное взаимодействие, или добиваться минимального прилипания. Так, если в питающей зоне формующей машины прилипание массы к стенкам должно быть наименьшим, то в шнековой камере – наибольшим. Поверхность же шнека в противоположность выше сказанному должна быть гладкой, выполненной из материала, наименее прилипающего к массе. Для валкового нагнетателя характерно максимальное увеличение сил взаимодействия массы с поверхностью валков, что повышает эффективность работы машины.

Хотя до настоящего времени природа адгезии не выявлена, известно несколько теорий, объясняющих физико-химическую сущность адгезионных явлений:

1. 
   по адсорбционной теории Дебройна и Мак-Ларена, адгезия связана с действием межмолекулярных сил: физических – Ван-дер-Ваальсовых или химических , например ковалентно-ионных;
2. 
   по электрической теории Б.В. Дерягина и Н.А. Кротовой – с разностью потенциалов на границе разнородных тел, т.е. с возникновением в зоне контакта своеобразного электрического молекулярного конденсатора, обусловленного двойным электрическим слоем;
3. 
   по электромагнитной – с электромагнитным взаимодействием, т.е. излучением и поглощением электромагнитных волн атомами и молекулами, что может реализоваться в конденсированных телах;
4. 
   по электрорелаксационной теории Н.М. Москвитина – с двойным электрическим слоем и скоростью отрыва, измерение которой вызывает появление деформационной составляющей силы или работы разрушения, связанной со скоростью протекания релаксационных процессов в разрушенном соединении;
5. 
   по диффузионной теории С.С. Воюцкого и Б.В. Дерягина – с диффузией концов макромолекул через границу первоначального контакта, в результате чего в предельном случае граница раздела фаз может исчезать; подобна этой механическая теория, согласно которой адгезионный контакт образуется за счет механического зацепления молекулярных или надмолекулярных образований с микронеровностями поверхности;
6. 
   по термодинамической теории – с поверхностным натяжением, которое обуславливает, по правилу Дюпре, работу по замене поверхности раздела «твердое тело – жидкость» поверхностью «твердое тело – газ», что реализуется при отрыве диска от продукта.

Формально адгезия определяется как удельная сила нормального отрыва пластины от продукта:
р 0 = F 0 / A 0 , (1.23)

где: F 0 – сила отрыва, Н;

A 0 – геометрическая площадь пластины, м 2 .

^ Внешнее трение – взаимодействие между телами на границе их соприкосновения, препятствующее относительному их перемещению вдоль поверхности соприкосновения.

Трудно разделить силы трения и адгезии, возникающие при относительном смещении соприкасающихся поверхностей двух тел. Связь сил трения и адгезии определяется уравнением Дерягина:

, (1.24)

Где: ^ F тр – сила внешнего трения, Н;

μ – истинный коэффициент трения;

А 0 – площадь истинного контакта, м 2 ;

р 0 – удельное прилипание, действующее на участках площади ^ A 0 , Па.
Сила внешнего трения – усилие, действующее по касательной к продукту и вызывающее сдвиг твердого материала по продукту. Она может быть статической F тр ст или динамической F тр ст.

Статическая – максимальное значение, которое достигается в начальный момент сдвига одной поверхности по отношению к другой, и расходуется на преодоление силы трения покоя (инерции) и разрушения связей между материалом и продуктом (поверхностями), образовавшихся в период предварительного контактирования. В начальный момент сдвига происходит переход из состояния покоя в равномерное движение, сопровождаемый пластическими деформациями.

Динамическая – учитывает силу трения скольжения при установившейся скорости движения. При малых скоростях движения, а следовательно и ускорениях, динамическая сила трения практически будет равно статической. Разница между динамической и статической силой составляет инерционную силу Р ин.

Истинный коэффициент внешнего трения μ (статический или динамический) – отношение соответствующей силы внешнего трения ^ F тр к сумме нормальных сил контакта N и отрыва (р 0 ∙ А 0) (1.26).

В ряде случаев удобнее оперировать эффективным коэффициентом внешнего трения μ эф:
μ эф = F тр / N . (1.25)
Этот коэффициент связан с истинным коэффициентом трения следующим образом:

. (1.26)
Внешнее трение зависит от липкости и ряда других факторов (давление контакта, скорости смещения, температуры и пр.), причем влияние этих факторов неоднозначно. Для теоретического обоснования внешнего трения предложены молекулярно-кинетическая, механическая, физическая и другие теории, аналогичные теориям, объясняющим адгезию.
^ 1.3.3 Компрессионные свойства
Компрессионные свойства используются для расчета рабочих органов машин и аппаратов и для оценки качества продукта, например, при растяжении – сжатии. К ним относятся коэффициенты объемного и бокового давления, коэффициент Пуансона, модули упругости и д.р. Кроме того, ряд механических моделей (Максвелла, Кельвина и д.р.) описывают поведение продукта при осевом или объемном деформировании.

Плотность , как одно из компрессионных свойств, является существенной характеристикой при расчете ряда машин и аппаратов и при оценке качества продукта. Среднюю плотность (ρ , кг/м 3), для сравнительно небольшого объема определяют из соотношения:
ρ = М / V , (1.27)

Где: М – масса продукта, кг;

V – объем продукта, м 3 .
Истинная плотность равна пределу отношения массы к объему, когда последний стремится к нулю.

Между плотностью ρ и удельным весом (γ , Н/м 3) существует простая зависимость:
γ = ρ ∙ g , (1.28)

Где: g – ускорение свободного падения, м/с 2 .
Плотность смеси из нескольких компонентов, когда они не вступают во взаимодействие, при котором меняется состав или объем смеси, можно вычислить по зависимости:

или
, (1.29)

Где: с i – концентрация одного из компонентов в смеси, кг на 1 кг смеси;

ρ i – плотность компонента, кг/м 3 ;

i – число компонентов.

Коэффициент объемного сжатия (β, Па –1) характеризует изменение объема (Δ^ V , м 3) продукта при изменении давления (Δр , Па) на единицу его измерения.

Для практически ньютоновских структурированных жидкостей он почти не зависит от давления и продолжительности его действия. Для пластично-вязких систем с увеличением давления коэффициент уменьшается и при достаточно высоких давлениях, например при давлениях (20 – 30)∙10 5 Па, достигает значения, присущего дисперсионной среде, в частности воде, так как во многих продуктах молочной промышленности (творожная масса и др.) ее содержится до 70-75%.

Коэффициент объемного сжатия для ньютоновских и практически ньютоновских структурированных жидкостей определяется по зависимости:

. (1.30)
Для пластично-вязких систем коэффициентом β можно пользоваться как интегральной характеристикой, зависящей от продолжительности воздействия и давления на продукт:

, (1.31)

Где: р – давление, действующее на продукт, Па –1 ;

t – продолжительность действия давления на продукт, с;

ε V – относительная объемная деформация.
Коэффициент бокового давления ζ – это отношение бокового давления р б к осевому р о при действии нормальных напряжений в замкнутом объеме:
ζ = р б / р о. (1.32)
Для ньютоновских и структурированных жидкостей ζ = 1, а для пластично-вязких ζ < 1.

При условии постоянства объема, например при одноосном сжатии, уменьшается высота тела и увеличиваются его поперечные размеры, что характеризуется соответственно относительными деформациями, которые связаны между собой посредствам коэффициента Пуассона .

^ Коэффициент Пуассона υ – это отношение относительных линейных деформаций, т.е. поперечной к продольной в области действия закона Гука, и характеризует упругие свойства продукта.

Упругость – способность тела после деформирования полностью восстанавливать свою первоначальную форму, при этом работа деформирования равна работе восстановления.

Характеризуется упругость при растяжении – сжатии модулем упругости первого рода (Е , Па). Для описания упругих свойств продуктов в различных зонах деформации (рис. 1.11) часто недостаточно классических понятий о модулях упругости. Тогда можно применять модификации модулей упругости: условно-мгновенный, эластический, равновесный.

^ Условно-мгновенный модуль упругости представляет собой отношение напряжения σ к условно-мгновенной истинно упругой составляющей деформации ε 0 .

^ Эластичный модуль – это отношение напряжения σ к эластической деформации ε э.

Равновесный (релаксац ионный) модуль – это отношение напряжения σ к общей упругой деформации ε уп, когда нельзя разграничить условно-мгновенную истинно упругую и эластическую деформации.

Пищевые материалы при технологической обработке подвергаются воздействию внешних нагрузок, вызывающих их деформацию, вследствие которой в материале возникают внутренние напряжения. Даже при малых напряжениях соотношение между упругой, вязкой и пластичной компонентами деформации не сохраняется постоянным, и в материале происходит развивающийся во времени процесс релаксации (рассасывания) напряжений.

Впервые понятие релаксации напряжений ввел Максвелл в конце 70-х годов позапрошлого столетия. Им было дано аналитическое выражение процесса релаксации материалов, исходя из предположения наличия прямо пропорциональной зависимости между скоростью убывания напряжений с течением времени и величинами действующих напряжений.

После Максвелла изучением явлений пластичности занимался Ф.Н. Шведов, который развил теорию упругих жидкостей, заложив тем самым основы реологии дисперсных систем. Ф.Н. Шведовым было дано уравнение релаксации напряжений в виде функции

, (1.33)

Где σ – напряжение в момент времени t , Па;

σ 0 , σ к – соответственно начальное и конечное напряжение, Па;

Т р – период релаксации, с.
Период релаксации (Т р) – промежуток времени, в течение которого материал из неравновесного напряженного состояния переходит практически в равновесное, установившееся.

Это уравнение облекает в реальную форму, высказанную Максвеллом мысль, что пластичные тела текут в определенных границах напряжений. В отличие от Максвелла, принимавшего, что напряжение в теле релаксирует до нуля, Шведов показал, что любое напряжение релаксирует не до нуля, а только до определенного предела σ к, являющегося пределом упругости или пределом текучести, ниже которого релаксация не должна протекать.

Кривые релаксации имеют два отчетливо выраженных участка, первый из которых характеризуется резким падением напряжений в условиях быстро затухающей скоростью релаксации, а второй определяется замедленным падением напряжений с весьма малой скоростью релаксации. На втором участке кривая релаксации асимптотически приближается к некоторой прямой, параллельной оси абсцисс и отстоящей от нее на величину напряжения, при котором практически не происходит релаксации.

Процессу релаксации напряжений в пищевых материалах сопутствует процесс ползучести .

Ползучесть –медленное деформирование тела под действием постоянной нагрузки.

Процесс ползучести делится на два этапа: первый – неустановившийся с постепенно затухающей скоростью деформации, второй – установившийся с постоянной скоростью ползучести.

Релаксация напряжений и сопутствующая этому процессу ползучесть являются видами пластической деформации. Протекание процессов пластической деформации в условиях релаксации напряжений приводит к снижению упругих и повышению пластических свойств. В свою очередь рост пластичности ведет к уменьшению энергии, затрачиваемой на формование изделий, при этом качество изделий улучшается.

Классификация сырья	Наименование продуктов	Типичные реологические свойства
Твердые Хрупкие	Шоколад, печенье, крекеры, вафли, экструдированные продукты, карамель, сухари, сушки, макароны, хлебцы	Предел прочности, модуль упругости
Упруго-пластичные	Хлеб, пшеничное тесто, макаронное тесто, мармелад, зефир, пастила, конфеты, твердый жир, пряники, клейковина, желатин	Предел прочности, модуль упругости, предельное напряжение сдвига, адгезия
Вязко- пластичные	Ржаное тесто, песочное тесто, сметана, майонез, желирующие продукты, полуфабрикаты кондитерского производства	Вязкость, адгезия, предельное напряжение сдвига (пластическая прочность)
Жидкообразные	Дрожжевая суспензия, раствор соли, раствор сахара, растопленный маргарин, цельное молоко, молочная сыворотка	Вязкость, коэффициент поверхностного натяжения
Порошкообразные	Мука, сахар песок, крахмал, соль поваренная пищевая	Угол естественного откоса, механические характеристики при прессовании

К основным реологическим свойствам относятся упругость, пластичность, вязкость и прочность.

Это означает, что у одного и того же материала в зависимости от его состояния и условий нагружения могут проявляться в большей или меньшей мере различные реологические свойства. Например, такой вязко-пластичный материал, как макаронное тесто, при мгновенном воздействии нагрузки в основном ведет себя, как упругое тело, а пластическая деформация и вязкое течение почти отсутствуют. При других условиях нагружения большее значение имеют пластические и вязкие свойства. Поэтому, в первую очередь, необходимо выяснить, какие свойства исследуемого материала при заданных условиях являются основными, определяющими.

Рассмотрим основные физико-механические и математические понятия, используемые в реологии.

Виды деформаций . При приложении к материалу внешней нагрузки он подвергается воздействию, которое выражается в изменении его размеров и формы. Эти изменения материала принято называть деформацией. В зависи-мости от приложения нагрузки деформации принципиально разделяются на два вида: первые - деформации объемного (линейного) растяжения-сжатия и вторые - деформации сдвига. При первой изменяется только объем (линейный размер) материала, а его форма не претерпевает заметных изменений. При деформации сдвига изменяется форма материала, а объем его остается прежним. Между этими видами деформаций существует тесная взаимосвязь, определяемая коэффициентом Пуансона. Способность деформироваться под действием внешних сил - основное свойство материалов всех реальных тел.

Деформация - это изменение формы или линейных размеров тела под действием внешних сил, при изменении влажности, температуры и пр., при котором частицы или молекулы смещаются одна относительно другой без нарушения сплошности тела.

В зависимости от вида деформации тела они разделяются на объемные, линейные (нормальные) и сдвиговые. Изменения линейных размеров тела принято выражать в относительных единицах деформации.

Относительная деформация тела при нормальном растяжении-сжатии, обозначают , представляет отношение абсолютной деформации к первоначальным размерам тела, определяют по формуле: . (2.1)

Объемная относительная деформация тела , определяется по формуле

где , , - относительные деформации тела по осям x, y, z.

Относительная деформация при сдвиге , представляет отношение абсолютной величины сдвигового смещения слоя под действием касательных сил к его толщине h , определяют по формуле

Деформации разделяются на упругие, т.е. исчезающие после снятия нагрузки, и на остаточные, необратимые, не исчезающие после удаления нагрузки. Остаточные деформации, не сопровождающиеся разрушением материала, называются пластическими, а сами материалы - пластическими.

Скорость деформации , , с -1 , это изменение деформации во времени, определяют по формуле

при растяжении-сжатии: ;

при сдвиге: . (2.4)

Напряжение , , Па, - это мера внутренних сил , Н, возникающих в теле под влиянием внешних воздействий на единицу площади , м, нормальной к вектору приложения силы, определяют по формуле

нормальное напряжение ;

касательное напряжение (сдвига) . (2.5)

Упругость - способность тела после деформирования полностью вос-станавливать свою первоначальную форму, т.е. работа деформирования равна работе восстановления. Упругость тел характеризуется модулями упругости:

при растяжении-сжатии - модулем упругости первого рода , Па;

при сдвиге - модулем упругости второго рода , Па.

Величины напряжений и деформаций связаны законом Гука и имеют вид уравнений:

Адгезия , Па, это слипание разнородных твердых или жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями. Прочность слипания тел определяют путем отрыва, вводя показатель как липкость , Н/м , которая рассчитывается по формуле: , (2.7)

где - сила отрыва, Н; - геометрическая площадь пластины, м .

Отрыв материалов одного от другого может быть трех видов (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Виды отрыва

Внешнее трение - взаимодействие между телами на границе их соприкосновения, препятствующее относительному их перемещению вдоль поверхности соприкосновения. Оно зависит от нормального усилия и липкости, и рассчитывается по формуле: , (2.8),

где Р тр - внешнее трение, Н; - истинный коэффициент внешнего трения;

Сила нормальная поверхности сдвига (усилие контакта), Н.

Коэффициент внешнего трения f. Для пищевых материалов в зависимости от реологических свойств, состояния фрикционных поверхностей и скорости скольжения коэффициент внешнего трения f определяется различными способами. Классический тип прибора для измерения силы внешнего трения представляет собой пару тел, соприкасающихся плоскими поверхностями, площадь которых может быть от долей квадратных миллиметров до десятков квадратных сантиметров. При этом одно из тел смещается относительно другого. Сила, прикладываемая для смещения (трения) одного тела относительно другого, измеряется тензометрическими, динамометрическими или какими-либо другими датчиками.

Вязкость , Па·с, - это способность тела оказывать сопротивление относительному смещению его слоев. Вязкое течение реализуется в истинно-вязких, ньютовских жидкостях при любых, сколь угодно малых напряжениях сдвига, и описывается уравнением Ньютона: . (2.9)

При течении неньютовских (аномально-вязких) жидкостей вязкость не остается величиной постоянной, она зависит от напряжения сдвига и градиента скорости. В этом случае пользуются понятием «эффективная вязкость» , Па·с, которая рассчитывается по формуле: (2.10)

Пластичность , Па, это способность тела под действием внешних сил необратимо деформироваться без нарушения сплошности. Пластическое течение начинается при величине напряжения, равной пределу текучести.

5.Технологические процессы, связанные с реологией пищевых масс. Многие технологические процессы пищевой промышленности связаны с механическим воздействием на продукт, находящийся в вязкопластичном соcтоянии. В хлебопекарном производстве - это замес теста, тестоделение, формование тестовых заготовок. При производстве кондитерских изделий к таким процессам относятся смешивание, пластикация массы и формование отливкой, выпрессовыванием, резкой и т.д. Большое значение имеет также межоперационное транспортирование полуфабриката по трубам и на различных, конвейерах. Во всех перечисленных случаях выбор технологического оборудования, определение режима его работы обусловливается физико-механическими и, в первую очередь реологическими свойствами перерабатываемых или транспортируемых пищевых масс, полуфабрикатов и готовых изделий. При создании совершенных технологических процессов, позволяющих получить готовый продукт высокого качества, необходимо практически в каждом конкретном случае изучать целый комплекс физико-механических свойств. Эти свойства характеризуют поведение пищевых масс под действием механических нагрузок со стороны рабочих органов машин. Большое значение в пищевой промышленности имеет объективная оценка качества пищевых продуктов и полуфабрикатов. В связи с этим создание и применение методов и приборов для объективного контроля качества, обеспечивает не только замену органолептического контроля, но и создает предпосылки для разработки автоматических систем управления технологическими процессами пищевых производств. В настоящее время в пищевой промышленности имеется довольно большой и разнообразный арсенал технических средств для определения и исследования физико-механических свойств пищевых материалов на различной стадии приготовления: от сырья до готового продукта. Для изучения этих свойств служат методы физико-химической механики пищевых продуктов.

6.Классификация реальных тел. Принадлежность реального тела к тому или иному виду «идеального» реологического тела, выявленная на основе предварительных экспериментов, позволяет верно выбрать прибор для исследования и определить свойства, подлежащие изучению.

Сдвиговые свойства представляют собой основную группу свойств, которые широко используются как для расчёта различных процессов движения в рабочих органах машин, так и для оценки качества пищевых продуктов. В связи с этим наибольшее распространение получили способы классификации пищевых и других реологических тел по сдвиговым характеристикам.

Классификация реологических тел, предложенная Горбатовым А.В. (таблица 1.2), по величине отношения предельного напряжения сдвига к их плотности и ускорению свободного падения [θ 0 /(ρ ∙g )], которое представляет собой меру способности вещества сохранять свою форму, представлена ниже.

Таблица 1.2 Классификация тел по физическим параметрам :

Б.А. Николаев предложил обобщённую классификацию

(от твёрдого до истинно-вязкого состояния) по величине механических свойств: модулей упругости, вязкости и др.. К первой группе относятся твёрдые и твёрдообразные тела (твёрдый жир, целые ткани мяса, сухари, печенье и пр.), ко второй – твёрдо-жидкие (мясной фарш, творог, студни, мучное тесто и пр.), к третьей – жидкообразные и жидкости (расплавленный жир, бульоны, молоко, мёд, вода и пр.).

Представляет интерес классификация реальных тел с помощью степенного уравнения Гершеля – Балкли: , (1.7) где: – коэффициент, пропорциональный вязкости при градиенте скорости, равном единице, Па·с n ; n – индекс течения.

После проведения некоторых преобразований получим следующее выражение:

, (1.8), где – эффективная вязкость при градиенте скорости, равном единице, Па·с;

– безразмерный градиент скорости;

m – темп разрушения структуры, индекс течения.

При таком способе классификации строятся зависимости между напряжением сдвига и градиентом скорости (кривые течения) и между эффективной вязкостью и градиентом скорости сдвига. По характеру полученных кривых выделяют шесть видов тел:

1. идеально твердое тело Эвклидово
2. упругое тело Гука;
3. пластичное тело Сен-Венана;
4. реологическое тело
5. истинно-вязкое тело Ньютона;
6. идеальная жидкость (Паскалевская).

Перечисленные выше системы не меняют своих свойств во времени.

7. Дисперсные системы. Классическими объектами инженерной физико-химической механики являются дисперсные системы, состоящие из двух и более фаз. В них дисперсионной средой является непрерывная фаза, дисперсионной фазой - раздробленная фаза, состоящая из частиц, не контактирующих друг с другом. При этом под фазой понимается совокупность гомогенных частей системы, ограниченных от других частей физическими поверхностями раздела. Упрощенная классификация дисперсных пищевых продуктов, не учитывающая дисперсности и типа контактов между фазами, приведена в таблице 1.

Таблица 1

Дисперсная среда	Дисперсная фаза	Примеры систем
газ	+твердая (аэрозоли) +жидкость (аэрозоли туманы) +газ (атмосфера)	Коптильный дым, пыль Дисперсия крови, молока Атмосфера земли
жидкость	+твердая (суспензия) +жидкая (эмульсия) +газ (пена)	Бульон,колбасныйфарш,паштет Кровь,жир в воде,молоко Крем,взбитый белок
Твердое тело	+твердая (твердая суспензия-сплав) +жидкость (капиллярные системы, твердая эмульсия) +газ (пористые тела, твердые пены)	Замороженная мышечная ткань Замороженное сливочное масло, нативная мышечная ткань, жидкость в пористых телах Кость, сыр, изолированный материал, взбитый и коагулированный меланж

При определении реологического поведения продукта приведенные в таблице данные позволяют отнести его к той или иной группе: сыпучим, жидко- и твердообразным (в зависимости от концентрации дисперсной фазы) или твердым. В реологии жидкообразные продукты принято называть золи, а твердообразные - гели. Продукты в таблице 1 отнесены к той или иной системе по главнейшим признакам. Например, колбасный фарш после куттерования представляет собой суспензию, насыщенную воздушными пузырьками, то есть трехфазную систему. Один и тот же продукт (сливочное масло) в зависимости от температуры может быть отнесен к разным системам. Механическое воздействие (резание, 15 взбивание, перемешивание) также может вызвать переход из одного вида дисперсии в другой.