Показана актуальность научно обоснованного выбора реологической модели, описывающей структурно-механические свойства мышечной ткани рыбы. Обоснование выбора модели выполнено путем сравнительного анализа базовых реологических моделей, соответствующих вязкоупругому поведению материала. Рассмотрены дифференциальные уравнения моделей с решениями для трех различных условий нагружения. Изложены результаты экспериментальных испытаний мышечной ткани ставриды, скумбрии, сардинеллы атлантической на прямую ползучесть, релаксацию и обратную ползучесть. Испытания на прямую и обратную ползучесть проведены при напряжении 0,065•10 5 Н/м 2 , испытания на релаксацию выполнены при напряжении 0,6•10 5 Н/м 2. Проведен регрессионный анализ соответствия экспериментальным данным математической модели Максвелла-Томсона, модели Максвелла, модели Кельвина-Фойгта и модели Бюргерса. Установлено, что мышечная ткань рыбы до разрушения проявляет ограниченное течение под нагрузкой, релаксирует при постоянной нагрузке до равновесного состояния, полностью восстанавливается при полной разгрузке. Показано, что результатам проведенных экспериментальных испытаний приближенно соответствует трехэлементная реологическая модель Максвелла-Томсона. При испытаниях на прямую ползучесть индексы детерминации составляют 0,966; 0,952 для ставриды и скумбрии соответственно. При испытаниях на релаксацию индексы детерминации составляют 0,903; 0,915 для ставриды и скумбрии. При испытаниях на обратную ползучесть индексы детерминации составляют 0,925; 0,931 для скумбрии и сардинеллы атлантической. Модель Бюргерса более точно описывает кинетику деформации и напряжения в ограниченных периодах времени нагружения, однако в целом существенно расходится с результатами экспериментов. Это объясняется наличием в модели Бюргерса изолированного демпфера, предусматривающего бесконечное течение материала под нагрузкой и полную релаксацию напряжений. Ключевые слова: реологическая модель; нагружение материала; вязкоупругость; деформация; напряжение; мышечная ткань; рыба.
The purpose of the research was to determine the energy-saving operating parameters of the shrimp drying for the production of snack products. Analysis of the energy intensity of the process and the conditions for achieving product quality showed that convective drying the most appropriate technique for obtaining snack products from boiled shrimp. The method of experiments for convective drying of raw materials is developed. As a result of research data on kinetics of drying cleared boiled sea shrimp and boiled sea shrimp in a shell without head depending on various parameters of process are received. In the process of convective drying temperature and humidity of the working environment of the drying chamber are the most influencing factors. Their relationship with the rate of dehydration of sea shrimp in the form of a second order polynomial is obtained by the method of experiment planning. Based on the results of the study, mathematical models of the drying process of purified boiled sea shrimp and boiled sea shrimp in a shell without head in a convective drying plant were developed. Regression equations describing the effect of the regime parameters of convective drying on the rate of dehydration of the product were obtained. A mathematical model of the process of convective drying boiled meat of sea shrimp and shrimp in the shell without head, establishing the relationship of the process parameters: humidity φ, and temperature T of the working medium of the convective drying unit at the rate of dehydration of the product was developed. The rational parameters of convective drying the meat of sea shrimp and shrimp in the shell without head are φ = 80% and T = 100 0 C.
In order to ensure resource conservation while cutting food materials, the system of forces of useful and harmful resistances acting on a knife during fish cutting has been considered. The fish rheological properties are described by a three-element model for linear viscoelastic material. Based on the differential equation for the state of material, mathematical model for normal contact pressure on the knife side edge has been developed. Mathematical models for the normal contact pressure force, as well as for a dimensionless force, have been proposed. It is found out that the force of the normal contact pressure on the knife side edge increases strictly monotonically as the knife is immersed into the material, as well as when the sharpening angle and the blade thickness increases. This force depends greatly on the velocity for the small values of the blade speed, for the large values it practically reaches its limit. It is found out that the force of the contact pressure on the knife side edge depends on the geometry of the knife inclined edge. The force in question increases greatly with the increasing in material rigidity. It is shown that the nature of reaching the limit of this force does not depend on the knife design
Математическое моделирование силы трения ножа при резании пищевого материалаКанд. техн. наук О.В. Агеев, oleg.ageev@klgtu.ru д-р техн. наук В.А. Наумов, vladimir.naumov@klgtu.ru д-р техн. наук Ю.А. Фатыхов, yuriy.fatyhov@klgtu.ru Калининградский государственный технический университет 236022, Россия, Калининград, Советский пр., д.1 Теоретически исследован процесс трения при резании пищевых материалов. Мышечная ткань сырья описана реологической моделью Максвелла-Томсона. Для выбора аналитического описания регулярного микрорельефа ножей пищевого оборудования с учетом технологических формообразующих факторов использована физико-технологическая теория неровностей поверхности. Приведено математическое описание профиля шероховатой поверхности ножа в виде периодической функции, содержащей две гармоники. Путем решения дифференциального уравнения состояния вязкоупругого материала получен закон распределения контактного давления над микровыступами шероховатой поверхности грани. Определены выражения для размерной и безразмерной деформационных сил трения. Установлено, что при скоростях обработки, стремящихся к нулю или бесконечности, указанная сила стремится к нулю. Величина безразмерной силы монотонно возрастает с ростом меры эластичности материала и увеличением безразмерной длины грани ножа. Безразмерная ширина контактной площадки микронеровностей монотонно зависит от меры эластичности материала и немонотонно зависит от безразмерной скорости скольжения с явно выраженными минимальным и предельным значениями. При значениях меры эластичности 5, безразмерной скорости 0,001; 0,03; 0,12 максимальная амплитуда контактного давления составляет 1,0; 1,391; 2,750 соответственно. При значениях меры эластичности 2; 4; 7; 12 минимальные значения безразмерной ширины контактной площадки составляют 0,683; 0,641; 0,612; 0,588, предельное значение составляет 0,684. При значениях меры эластичности 5; безразмерной длины грани 10; 20; 30; 50 значения максимума безразмерной деформационной силы трения составляют соответственно 21,728; 43,360; 64,993; 108,258. При значениях безразмерной длины грани 20; меры эластичности 2; 5; 8; 12 значения максимума силы составляют соответственно 17,344; 43,360; 69,376; 104,064. Ключевые слова: предварительная обработка сырья; резание пищевого материала; математическое моделирование; сила трения; шероховатость ножа; реология; вязкоупругость.The process of friction when cutting food materials has been investigated theoretically. The muscle tissue of the raw material has been described by the Maxwell-Thomson rheological model. For choosing an analytical description of a regular microrelief of food processing equipment knives, taking into account technological formative factors, a physical-technological theory of surface roughness has been used. A mathematical description of the knife profile rough surface in the form of a periodic function with two harmonics has been considered. By solving the differential equation of viscoelastic material state, the law of distribution of contact pressure over the microprotrusions...
Проанализированы известные математические модели процесса резания рыбы лезвием, выявлены их достоинства и недостатки. Рассмотрен процесс попутного резания рыбы дисковым ножом. Сформулирована математическая модель процесса погружения элементарного ножа в материал в виде дифференциального уравнения линии погружения в полярных координатах. Уравнение в полярных координатах решено численным методом, в результате чего построены линии погружения элементарного ножа в материал при различной окружной скорости ножа. Исследована зависимость угла фактического раздвижения материала от окружной скорости ножа, которая имеет явно выраженные максимумы при различной окружной скорости. Установлено, что с увеличением окружной скорости глубина погружения элементарного ножа в материал возрастает, а линия погружения стремится к кромке дискового ножа, что приводит к снижению КПД элементарного ножа. Это обусловлено увеличением длины силовой линии, вдоль которой действуют силы трения ножа о разрезаемый материал, в связи с чем больше энергии расходуется на преодоление сил трения. С ростом угла поворота дискового ножа угол фактического раздвижения материала увеличивается, а КПД элементарного ножа падает, что означает кинематическое затупление элементарного ножа. Элементарный нож при углах поворота от 65º и более кинематически трансформируется и снова заостряется. Это позволяет рекомендовать резание дисковым ножом не только в диапазоне углов от 0 до 45º, но и в диапазоне от 70 до 90º. Рекомендуется повышать эффективность резания рыбы путем увеличения окружной скорости дискового ножа. Также рекомендуется, задавая толщину материала и взаимное положение ножа относительно материала, осуществлять резание при минимальном угле фактического раздвижения материала. Ключевые слова: производство пищевых продуктов; математические модели резания; дисковый нож; элементарный нож; глубина погружения; угол заточки; угол раздвижения материала; эффективность резания рыбы.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.