12

13

ДӘРІСТЕР ЖИНАҒЫ

ДӘРІС №1 Реологияның негізгі түсініктемелері және анықтамалары

Реология - түрлі қатынастарда серпімді, иілімді, тұтқырлық қасиеттерге ие болатын жазық орталардың деформациясы мен аққыштығы туралы ғылым.Серпімді қасиет денеге ауырлық түсіргенде пайда болып, ауырлықты бәсеңдеткенде жоғалады. Иілгіш деформация ауырлық тудыратын қысым, белгілі өлшем аққыштық шегінен асқанда ғана пайда болады. Бұл деформация ауырлықты бәсеңдетуде де сақталады. Тұтқырлық ағыны елеусіз аз қысымда пайда болуымен ерекшеленеді. Қысымның жоғарылауымен ағын жылдамдығы да артады, және қалыпты қысымды сақтағанда тұтқырлық ағыны шексіз жалғасады. Реология зерттейтін орталарда болатын қасиеттерінің бірі резеңкеге тән жоғары икемділік қасиет.Резеңке лента ондаған есе созылып, ал ауырлықты бәсеңдеткенде лезде бастапқы қалыбына келеді.

Серпімділік, пластикалық және иілімділік қасиетке ие заттың салыстырмалы ақырын ағымы реологиялық процеске тән құбылыс болып табылады. Реология сөзі гректің ρεω ағын сөзінен шығады; «бәрі де ағады» афоризмі грекия «πdυτa ρεі» деп айтылады. Реологиялық құбылыстар көптеген табиғи және көп мөлшерде технологиялық процестерде қатысатын заттар сансыз көп: жер қабатын құрайтын тек, магма, вулкан лавасы, мұнай өндіруде маңызы зор мұнай мен сазды ерітінділер, дымқыл саз, цемент пастасы, бетон және асфальт бетон, май мен пигмент бөлшектердің қоспасы болып табылатын майлы бояулар, эструзді жолмен жіп, пленка, құбыр өндіруде қолданылатын полимерлердің ерітінділері мен балқымалары, сонымен қатар, кәмпит, шұжық, крем, мазь, тіс пастасын жасайтын қамыртектес массалар мен нан қамыры, ракеталардың жағармайы, ақуыздық денелер, мысалы, бұлшықет ұлпалары. « Реологиялық » орталардың мына қысқа мысалдарының қатарына қатты болып саналатын денелер бетон, сұйық денелер де мұнай кіреді. Полиэтилен оксидінің судағы ерітіндісімен тәжірибе жасауға болады. А стақанын еңкейтіп, төмен орналасқан Б стақанына ішіндегі ерітіндіні құйып (1- сурет), А стақанын ақырын түзу қалпына келтірсек, ерітіндінің жіңішке ағыны жоғарғы стақаннан төменгі стақанға әлі ағып тұрғанын байқаймыз.Қызықтысы, ағын алдымен стақанның қабырғасымен жоғары көтеріледі де, содан кейін стақан шетінен төмен бағытталып, Б стақанына құйылады.

14

1-cурет

Ең қарапайым тәжірибені қолын шайыр, резеңке клейімен, қою қант сиропымен былғаған адам қояды. Саусақтарын ашуға тырысқанда, аққыш ортадан созылған жіпшелер серпімді қабат түзеді. Бұл құбылыс өрмекшінің өрмегі мен жібек жіпшелерде байқалады.

Жылдам әсерлесу кезінде барлық денелер қатты қасиет танытады, ал ақырын әсерлескенде ағады. Бірақ «жылдам» және «ақырын» түсініктері әр орта үшін әр қилы. 200 км\сағ жылдамдықпен суға ұрылу, асфальтқа ұрылғанмен тең, су қатты дене секілді қасиет танытады.

Қабырғаға қиғаш қисайтылған темірбетон қарық, 1 айдан кейін майысып тұрады, бетон аққыш қасиет танытады. Қатты тартулы қалған гитара шектері материалдың ақырын ағуы нәтижесінде сәл ұзарады. Реологиялық процесс кезіндегі уақыт диапазоны секунд бөлшектерінен миллиондағы жылдарға созылады.

Түрлі реологиялық орталардың механикалық қасиеттері, біріншіден, өте көп түрлі, екіншіден, жүктеу жағдайына байланысты елеулі әр түрлі болады.

Көптеген реологиялық орталар 2 немесе 3 фазадан тұратын дисперсті жүйе болып келеді: тұтқыр сұйықтықта таралған ұсақ қатты бөлшектер (суспензия немесе гель), немесе бір сұйықтық ішіндегі екінші сұйықтың ұсақ тамшылары – эмульсия, немесе сұйық ішіндегі ауа көпіршіктері. Дегенмен, реология нақты материалмен тәжірибе жүзінде анықтайтын механикалық қасиеттерге ие біртекті орталарды да қарастырады. Тұтас ортаның механикасына тек бұл амал фазалардың арақатынасы кезінде туындайды. Қиындықтарды болдырмауға және ауырлық әсерінен болатын реологиялық орта тәртібінің басты қасиеттерін оңай сипаттауға мүмкіндік береді. Мұндай теориялар феноменологиялық деп аталады.

Берілген ортаның механикалық қасиеттерінің математикалық моделі ортаның кейбір нүктелерінде болатын қысым мен нәтижесінде пайда болатын деформация байланысы теңдеуімен беріледі. Тіпті бұл теңдеуге қысым мен деформация жылдамдығы, яғни олардың уақыт бойынша туындысы және қысым мен деформацияның уақыт бойынша алынған интегралдары кіре алады. Бұл теңдеу орта жағдайының реологиялық теңдеуі немесе оның анықтаушы арақатынасы болып табылады. Идеалды газ теңдеуіне сәйкес рөл атқарады, тек реология қарастыратын өте күрделі

15

орталардың тұтқыр – серпімді аққыш қасиеттерін реологиялық теңдеу сипаттауымен салыстырғанда белгілі газ қасиеттерін газ жағдайының теңдеуі дәлірек сипаттайды.

Ортаның әр басты қасиетін сәйкес элемент бойынша модельдеуге болатын, яғни серпімділікті серіппемен, тұтқырлықты тұтқыр сұйықтығы бар цилиндр ішіндегі поршенмен, иілімділікті құрғақ үйкелісті элементпен жағдайдың реологиялық теңдеуін құрастыру оңай түседі.(2-сурет)

2-сурет

Осы элементтерді кез-келген әдіспен біріктіріп қасиеттерін жалпы сипатта теоретикалық анықтауға болатын механикалық тәжірибелерге арналған сынама үлгісін алады. Бұл нақты материалдың тәжірибелерін зерттеп, нақты тәжірибеге дұрыс сәйкестікті таңдауға мүмкіндік береді.Серіппенің қатаңдығын, поршендегі майдың тұтқырлығын, құрғақ үйкелістің шама коэффицентін дұрыс таңдау арқылы экстримальді қисықтардың, олардың үлгі сипатына нақты сәйкестігіне қол жеткізуге болады. Егер үлгі элементтерден құрастырылса, онда математикалық арақатынас белгілі ережелер бойынша жазылады.

Серіппелер мен поршендерден құрастырылған үлгіні тек созуға болады, бірақ нағыз ортада созылуға қысылу да, жылжу да, көлемді деформация да жатады.

Тұтқыр-серпімді дененің үлгісін тұтқыр және серпімді, элементерді біріктіру арқылы құрастыруға болады (3-сурет).

16

3-сурет Егер бұл жүйені лезде ауырлатса, тұтқыр дене орнынан жылжып

үлгермейді де, қатаңдық қасиет көрсетеді, ал деформацияны серіппе қабылдайды да, үлгі серпімді қасиет көрсетеді. Керісінше, ақырын ауырлатса, тұрақты күш кезінде серіппенің бірқалыпты әлсіз деформациясына тұтқыр элементтің шексіз үдемелі деформациясы қосылады да, үлгі Максвелл сұйықтығы деп аталатын серпімді сұйықтық қасиет көрсетеді. Бұл сұйықтық Ньютонның тұтқырлық заңына бағынбайды, сондықтан Ньютондық емес сұйықтық деп аталады.

Бақылау сұрақтары?

1.Реология дегеніміз не?

2.Әртүрлі агрегат қабілетіне, нағыз денеге деформация кезінде неге әсер етеді?

3.Тағам өнімдеріне реологиялық қасиетке түсініктеме бер?

4.Өнімнің реологиялық қасиеті қандай факторға қатысты?

ДӘРІС №2 Тамақ өнімдерінің физика – механикалық қасиеті

Қазіргі замандағы инженер тек физика - химиялық процестерді ғана емес, технологиялық жабдықтарды, сонымен қатар технологиялық процестерді түсіну, құрал -жабдықтадарды білуі, процесті анализдеуді және есептеуді білуі керек.

Шикізаттарды және жартылай фабрикаттарды өңдеу процестері жұмысшы органдарының жабдықтары мен тамақ өнімдерімен байланысқан. Өнім жұмысшы органдарының ішкі күштерінің арқасында деформацияға ұшырайды және жабдықта үлкен көлемді ағын пайда болады.

17

Деформацияның негізгі заңдарын және әртүрлі ортаның ағынын реология зерттейді. Әртүрлі заттар соның ішінде тағамдық өнімдер деформацияға қарамастан әртүрлі қасиетке ие: олар серпімді дене, кей жағдайларда пластикалық және тұтқыр сұйық болады.

Реалды өнімдерді жабдықтар көмегімен өңдегенде, комплексті әсер ету геометриялық, кинематикалық және жабдықтардың динамикалық параметрлері мен реологиялық қасиеттері әсер етеді.

Барлық тағам өнімдері көп компонентті дисперсті жүйе және олар физика -химиялық пен құрылымдылық қасиеттерге ие. Физикалық қасиеттер арсында реологиялық негізгі болып табылады. Тағамдық шикізат, жартылай фабрикаттар және олардан алынған дайын өнімдер әртүрлі реологиялық қасиеттерге ие: химиялық құрамы, температура, ылғалдылық, интенсивтілігі механикалық және жылулық әсер етуі болып табылады. Тағамдық заттар органикалық табиғи өнімдер, олар биологиялық активті заттар, биохимиялық, микробиологиялық, коллоидты - химиялық процесстер, олардың құрылымдылық және механикалық қасиеттері өзгереді. Өндірісте бұндай процестерді технологиялық процестің соңына дейін қолдануға болады. Тағамдық заттарды ішкі құрылысы ауыр жүйе ретінде қарастырамыз. Жүйе элементтері – бұл негізгі реологиялық қасиеттер және олардың арасында энергетикалық және информациялық байланыстар бар. Реологиялық және механикалық структуралық деп, заттардың деформация кезіндегі қасиетін және ағыны мен бұзылуын айтамыз. Реология ғылымы деформацияны жан-жақты қарастырады. Олар әртүрлі материалдардың қарсылық көрсетуін, атомдар мен молекулалардың пайда болуын қарастырады.

Ішкі күштердің әсерінен деформация болады және дене формасының, көлемінің өзгерісі байқалады.

Деформацияның көлемінің қасиеттері ішкі күштерге байланысты. Бұған қарамастан әртүрлі деформациялар болады. Мысалы: созылу, қысылу, айналу, сығымдалу т.б.

Реологиялық әртүрлі денелер берілген күштерде түрлі деформацияларға ұшырайды. Мысал ретінде затты тиеу идеалды дене Гук, Ньютон және Сен – Венаның заттарға берген әртүрлі қасиеттерін айтуымызға болады. Олар серпімділік, тұтқырлық және пластикалық.

Серпімділік – бұл дененің деформацияға ұшырағаннан кейін бастапқы көлеміне келуі.

Е- сығылу серпімділігі ; G- қозғалыс серпімділігі;

Механикалық дененің серпімділігі Гук заңына бағынады:

δ=Eε, Ө=Gγ ;

мұндағы: δ – қалыпты күші, Па; Е – серпімділік модулі, Па;

ε – сызықты деформация;

18

Ө- үйкеліс күші, Па;

G – серпімділік модулі (қозғалыстағы); γ – бұрышты ηγ қ деформация;

Серпімді қатты дененің механикалық модулі пружина болады.

Тұтқырлық – бұл дененің қозғалысқа қарсылық білдіруі және ішкі деформацияланған қарсылықты білдіреді. Ньютондық тұтқыр сұйықта пайда болатын күш деформация жылдамдығына пропорцианал:

Ө=ηγ;

мұндағы: η – Ньютон тұтқырлығы; γ - деформация жылдамдығы;

Тұтқырлы сұйықтың механикалық моделі поршендағы сұйық болады. Оны Ньютон денесі деп атайды. Ньютондық емес сұйықтар қозғалыс жылдамдығының функциясы болады, сондықтан оны эффективті тұтқырлық деп атайды:

η=Ө/γ;

Пластикалық – дене сыртқы күштердің әсерінен қайтымсыз деформацияға тұтқырлықсыз ұшырайды. Пластикалық ағын күштің көлеміне, ағын мен қозғалыс деформацияға ұшырауы. Пластикалық ағын күштің көлеміне, ағын мен қозғалыс деформациясына байланысты.

Идеалды пластикалық денелер моделі Сен-Венананың денесі ретінде көрсетіледі.

Тамақ өнімдері, соның ішінде нан пісіретін қамыр, кондитерлік масса екі жағдайда болады, қатты идеалды серпімділік және тұтқырлы сұйықтық. Сондықтан оларды реологиялық денелер деп атайды.

Деформацияны мына түрлерге бөледі:серпімді, қалпына келмейтін және күшті алғанда жоғалып кетпейтін.

Қалпына келмейтін деформация – бұл материалдың тұтқырлы және пластикалық ағыны. Бұл деформацияда механикалық энергияның бір бөлігі жылуға ауысады. Тұтқырлы ағын кезінде деформация жылдамдығы күшке тура пропорционал.

Бақылау сұрақтары?

1.Тағам өнімдері структурасына байланысты не көрсетеді?

2.Деформацияның қандай түрлері бар?

3.Идеал денелердің қандай түрлерін білесіз?

4.Серпімділікке түсінік бер?

5.Пластикалы материал дегеніміз не?

19

ДӘРІС №3 Тұтқырлы-аққыш орталардың физика-механикалық қасиеттері

Тағамдық орталардың басым бөлігі дисперсті орталар, суспензиялар, коллоидты ерітінділер. Технологиялық жабдықтарды ғылыми негізде жобалау үшін осы орталардың құрылымды-механикалық қасиеттерін білу қажет.

Әртүрлі орталардың өзгеру қасиеттерінің заңдылықтарын деформация және ағым туралы ғылым реология зерттейді.

Жеке ғылым ретінде реология соңғы 30-40 жылда бөлініп шықты. Ол өзіне бірнеше физика-математикалық пәндерді біріктірді: гидромеханика, серпімділік теориясы, иілгіштік теориясы, қолданбалы математика.

Әрбір ғылыми пәннің негізінде априорлы таңдалған постулаттар жатады. Мысалы, теориялық механика абсолют қатты дене туралы постулатқа сүйенеді, ал серпімділік теориясы абсолют серпімді дене туралы постулатқа сүйенеді. Классикалық гидродинамика тұтқырлы емес (яғни сұйықтың бөлшектері арасында ысылу болмайды) сұйықтың моделіне сүйенеді. Мұндай сұйықтар ығысу деформацияларын энергия ыдырауынсыз жасай алады. Тұтқырлы емес сұйықтың қозғалысын математикалық сипаттау үшін Эйлер теңдеуі қолданылады.

Алайда, тәжірибе сұрақтары тұтқырлы емес сұйықтың моделі денелердің аққыштығы кезіндегі кедергісін есептеуге байланысты көптеген сұрақтарға жауап бере алмайтынын көрсетті.

Бұл ХІХ ғасырдың ортасынан бастап сұйық қабаттары және жылжу деформациясы жылдамдықтарының арасындағы жылжу кернеуінің сызықтық байланысына негізделген, Ньютон моделіне негізделген тұтқырлы сұйық теориясы жасала басталуына әкеп соқты.

Тұтқырлы сұйықтың моделі де реалды материалдардың жүрісін сипаттау кезінде қиыншылықтарға кездесті. Себебі, реалды материалдарға (тағамдық өнімдерді қоса алғанда) деформация жағдайына байланысты алуан түрлі қасиет көрсету тән: олар серпімді дене, иілгіш немесе нағыз тұтқырлы сұйық сияқты болуы мүмкін.

Реалды өнімдердің бұл қасиеті оларды жабдықта қайта өңдеу кезінде, қажет болған жағдайда өнімнің нақты реологиялық қасиеті және жабдықтың геометриялық, кинематикалық, динамикалық параметрлерінің әсер етуін есептеу кезінде ерекше мәнін табады.

1.1 Тұтқырлы орталардың ағымы мен деформациясы

Егер әртүрлі заттардың бір-біріне қатысты жеке бөлшектерінің орын ауыстыруын қарастырсақ, онда олар күштердің әсерінен деформацияланады. Кейбір денелер – серпімді, яғни деформацияның белгілі күштің әсерінде белгілі шамаға ие болып, күштің әсері тоқтағаннан соң толығымен жойылады. Басқалары – иілгіш келеді, яғни күштердің әсері тоқтағаннан

20