Лабораторная работа по реологии

Лабораторная работа № 1

Тема: Определение показателей вязкости и напряжения сдвига пищевых масс с помощью ротационного вискозиметра «Реотест – 2».

Цель работы:

- освоение метода определения реологических свойств теста из пшеничной муки с применением реотеста в соответствии с инструкцией к прибору;

- проведение расчетов реологических параметров - эффективной вязкости и напряжения сдвига, характеризующих реологические свойства теста.

Сущность метода: Принцип действия прибора заключается в измерении момента вращающегося цилиндра (ротора), помещенного в исследуемую массу, находящуюся в неподвижном цилиндре. Показания прибора снимаются при 12 разных скоростях вращения ротора, затем пересчитываются в значения эффективной вязкости и напряжения сдвига, характеризующих реологические свойства теста.

Словарь основных понятий

Деформация — изменение формы и размера тела под действием внешней силы.

Вязкость — свойство газов, жидкостей и структурированных тел оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации.

Упругость — свойство тела восстанавливать форму и размеры после снятия нагрузки.

Пластичность — свойство тела сохранять форму и размеры после снятия деформирующей нагрузки.

Эластичность — способность тел через определенное время восстанавливать свою форму после деформации.

Ньютоновская жидкость — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости линейно зависимы.

Неньютоновская жидкость — жидкость, обнаруживающая зависимость вязкости от скорости сдвига.

Тиксотропия — способность структурированных систем восстанавливаться после разрушения.

Кривая течения — график зависимости напряжения сдвига от скорости деформации.

Напряжение — мера интенсивности внутренних сил, возникающих как сопротивление внешнему воздействию.

Принцип действия и принципиальная схема реотеста

У цилиндрического измерительного устройства (рисунок 1) измеряемый материал находится в кольцевой щели, обра­зующейся между двумя коаксиальными цилиндрами.

Н

Рисунок 1 - Коаксиальная цилиндрическая система

аружный, неподвижный ци­линдр радиусом R выполнен в качестве измерительной ёмкости. В него помещается измеряемый материал. Внутренний цилиндр радиу­сом r и длиной l, вращающийся со скоростью вращения , соединён через изме­рительный вал с цилиндри­ческой винтовой пружиной, отклонение которой являет­ся мерой для вращающего момента, действующего на внут­ренний цилиндр. Отклонение пружины воспроизводится по­тенциометром, включённым в мостовую схему, причём изме­нение тока, протекаемого по диагонали мостовой схемы, является пропорциональным вращающему моменту М пружины.

Напряжение сдвига  и скорость сдвига под­даётся в случае коаксиальной цилиндрической системы точ­ному расчёту:

напряжение сдвига: (1)

скорость сдвига: (2)

вязкость: (3)

Последовательность проведения работы

1. Взвешивают навеску муки 50 (25) г с точностью до 0,1 г. и отмеряют воду 60 (30) мл. Замешивают тесто, отмеряют 17 мл и переносят в цилиндр прибора. Подсоединяют к валу прибора ротор, затем цилиндр с исследуемой массой.

2. Проводят эксперимент, переключая ступени передач (12 скоростей вращения ротора) и снимая показания прибора при каждой скорости.

3. Проводят обработку результатов эксперимента:

- рассчитывают значения  по формуле (4), z определяют по таблице инструкции к прибору, находят значения скоростей деформации (Dr), соответствующие показаниям ступеней передач, найденные значения заносят в соответствующие графы таблицы 1;

- строят график зависимости σ = f() при возрастании и убывании скоростей деформации (кривая гистерезиса), определяют значения вязкости по формуле (5);

- определяют реологические особенности образцов: если зависимость σ= f() линейно зависит от и проходит через начало координат, то образец относится к ньютоновской, в противном случае образец обладает свойствами неньютоновской структурированной системы;

- делают вывод об особенности исследуемого объекта как структурированной системы;

- строят полную реологическую кривую как зависимость ∼f().

3.1 Напряжение сдвига _r, действующее в ис­следуемой пищевой массе (тесте), рассчитывается по следующей формуле:

_r =z, (4)

где _r - сдвигающее напряжение (10^-1 Па);

z - постоянная цилиндра (10^-1 Па / дел. шкалы, см. инструкцию к прибору);

 - отсчитываемое значение шкалы на индикаторном приборе (дел. шкалы).

Скорость сдвига (с^-1), называемая часто "скоростью деформации", указывает перепад (градиент) скоростей в кольцевой щели, определяется по инструкции к прибору.

3.2 По показателям напряжению сдвига _r и скорости сдвига можно вычислить эффективную вязкость:

, (5)

где  - динамическая вязкость (мПа.с);

_r - напряжение сдвига (10^-1 Па);

- скорость сдвига (с^-1).

Для неньютоновских жидкостей путем данного расчёта получается значение "аномальной вязкости" исследуемой пищевой массы.

Таблица 1 – Результаты измерений

Ступени передач		, с-1				, мПа		, мПас
Прямой ход	Обратный ход	Прямой ход	Обратный ход	Прямой ход	Обратный ход	Прямой ход	Обратный ход	Прямой ход	Обратный ход

Вывод: ________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Работу выполнил студент _______________ _______________________

(дата выполнения) (подпись)

Работу принял преподаватель ________________ ________________________

(дата выполнения) (ФИО, подпись преподавателя)

4