Сельское хозяйство/4. Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

К.т.н. Кабулов Б.Б., д.т.н. Какимов А.К., к.т.н. Мустафаева А.К.,

Джилкишева А.Г., Есимбеков Ж.С.

Семипалатинский государственный университет имени Шакарима

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ

Многие пищевые продукты представляют собой многокомпонентные системы, которые подвергаются воздействию внешних факторов с целью изменения внутренних свойств. Сырье или продукт можно представить как реологическое тело, механическая модель которой является совокупностью тел, состоящих из тел, характеризуемых упругостью, вязкостью, пластичностью, и прочностью, деформационное поведение которых описывают сложными реологическими уравнениями [1, 2].

Для исследования различных явлений и процессов, происходящих в сложных объектах, широко применяется моделирование, которое основано на аналогии математических моделей изучаемых объектов и соответствующих им электрических цепей и устройств. Процессы в механических, гидравлических и тепловых системах описываются дифференциальными уравнениями различного типа и порядка, многие из которых аналогичны уравнениям, составленным для мгновенных значений токов и напряжений в электрических цепях.

Моделирование реологического поведения вязкопластичных продуктов можно проводить на основе не только механических моделей, но и их электрических аналогов. При таком моделировании механическое напряжение сопоставляют с напряжением электрической цепи, скорость деформации – с электрическим током, модуль упругости - с обратной величиной емкости, а вязкость – с сопротивлением [3]. Последовательное соединение элементов механической модели эквивалентно параллельному соединению элементов электрической цепи, а параллельное в механической модели – последовательному соединению в электрической. Для составления электрического аналога вместо моделей Гука, Ньютона и Сен-Венана используем модели Генри, Ома и Фарадея.

В идеальном упругом теле Гука - Фарадея электроэнергия, затраченная на заряд, накапливается и может быть возвращена при разряде. Идеальновязкая жидкость Ньютона - Генри характеризуется тем, что в ней электрическое напряжение пропорционально силе тока. Идеальнопластическое тело Сен-Венана – Ома может быть представлено в виде электрического сопротивления. При перемещении зарядов в вязкопластичных продуктах сопротивление противодействует их движению. На преодоление этого противодействия затрачивается электроэнергия, которая преобразуется в тепло.

Для моделирования реологического поведения вязкопластичных продуктов на основе электрических аналогов можно использовать компьютерную программу «Electronics Workbench». Возможности программы позволяют выполнять работы от простейших экспериментов до экспериментов по статистическому моделированию.

После запуска программы «Electronics Workbench» на экране появляются строка меню и панель компонентов. Исследуемая схема собирается на рабочем поле с использованием мыши и клавиатуры. После построения схемы и подключения приборов проводится анализ работы схемы. Повторное нажатие выключателя прекращает работу схемы. Сделать паузу при работе схемы можно нажатием клавиши F9 на клавиатуре; повторное нажатие F9 возобновляет работу схемы (аналогичного результата можно добиться, нажимая кнопку «Pause», расположенную под выключателем).

Специалистами Семипалатинского государственного университета имени Шакарима разработан электрический аналог реологической механической модели вязкопластичного продукта. Для составления электрического аналога вместо моделей Гука, Ньютона и Сен-Венана использовали модели Генри, Ома и Фарадея. При этом механическое напряжение сопоставляется с Э.Д.С. электрической цепи, скорость деформации – с электрическим током, вязкость – с сопротивлением, масса и момент инерции (предел текучести) – с индуктивностью, упругость – с обратной величиной емкости.

Результаты измерения электрических характеристик электрического аналога представлены в виде зависимостей параметров параллельно соединенной RLC цепи электрического тока. Они показывают, что возникновение резонанса в электрической цепи ассоциируется с достижением предельного напряжения сдвига (ПНС) продукта, то главным параметром вызывающим резонанс является емкость конденсатора. Отсюда мы принимаем, что аналогом ПНС продукта является емкость конденсатора.

Ток в катушке электрического аналога обозначили I₁, а ток в конденсаторе I₂. Когда I₁>I₂, преобладает индуктивная проводимость и ток, потребляемый из сети, отстает по фазе от приложенного напряжения. Этот режим объясняется отсутствием течения продукта. Когда I₁<I₂, преобладает емкостная проводимость и ток, потребляемый из сети, опережает приложенное напряжение. То тогда данный режим объясняется течением продукта. В частном случае, когда I₁=I₂, ток, потребляемый из сети, и приложенное напряжение совпадают по фазе. Такой режим соответствует ПНС продукта.

Таким образом, моделирование реологического поведения пищевого сырья с использованием программы «Electronics Workbench» позволит применять моделирующие возможности компьютера при изучении электрических аналогов реологических механических моделей упруго-вязко-пластичных свойств пищевых масс, увеличить точность измерений, снизить расходы сырья и сократить продолжительность экспериментов.

Литература:

1. Горбатов А.В. Реология мясных и молочных продуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 383 с.

2. Косой В.Д. – Совершенствование процесса производства вареных колбас - М. : Лег. и пищ. промышленность, 1983. – 272 с.