Введение к работе
Актуальность работы. Молоко – один из самых ценных продуктов питания человека. По пищевой ценности оно может заменить любой продукт, но ни один продукт не заменит молоко. Роль молока как полноценного пищевого продукта в поддержании процессов жизнедеятельности организма хорошо известна.
Качество молочных продуктов, наряду со связанными с качеством исходного сырья вкусовыми свойствами, определяется их структурой и консистенцией, зависящими от правильного проведения технологического процесса.
Реологические характеристики представляют собой фундаментальные свойства продуктов, которые проявляются при механическом воздействии на обрабатываемый продукт и характеризуют его сопротивляемость приложенным извне усилиям, обусловленную строением и структурой продукта. Эти характеристики используют для расчета процессов течения продуктов в рабочих органах машин с целью определения их параметров (геометрических, кинематических и динамических); они отражают существенные аспекты качества продуктов. Кроме того, реологические характеристики учитываются при расчете различных физических процессов: гидромеханических, термических, массообменных и др.
Сдвиговые свойства представляют собой основную группу реологических характеристик, используемых для самых различных целей – от оценки качества продукта до расчета машин и аппаратов. Эти свойства проявляются при касательном смещении слоев продукта, и измеряются на вискозиметрах различных типов: с падающим шариком; капиллярных; ротационных.
Исследование любого пищевого продукта – сложная аналитическая задача. Из-за индивидуальности состава и многокомпонентности продуктов необходимо приспосабливать стандартные методы к особенностям состава и физико-химической структуры продукта, т.е. в каждом конкретном случае требуется проведение, в той или иной мере, аналитической исследовательской работы.
Для описания деформационного поведения продукта используются, так называемые, кривые течения, которые строятся по экспериментальным данным в координатах «напряжение сдвига – скорость сдвига».
Построение кривых течения и дальнейшая их обработка с целью вычисления реологических параметров является очень трудоемким и скрупулезным процессом. Правильность определения реологических параметров по кривой течения зависит от профессионализма и точности оператора, работающего с ними.
Современное развитие науки и техники диктует применение электронных средств измерения и регистрации, что значительно снижает субъективность и неточность снятия показаний измерительных приборов. Для вычисления величин реологических свойств и обобщения данных наблюдений важен выбор исходной математической модели, которая с наибольшим приближением описывает поведение продукта в реальном процессе.
Цель работы и задачи исследований. Целью настоящей диссертационной работы является создание специализированной компьютерной программы для обработки результатов реологических исследований и распознавания реологических моделей молочных продуктов.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи, требующие решения:
-
-
Проведение анализа и систематизация информации по реологическим характеристикам молочных продуктов для выявления возможного их использования при контроле процессов производства.
-
Исследование основных факторов, влияющих на консистенцию молочных продуктов для определения основных параметров программы.
-
Проведение реологических исследований молочных продуктов с различной структурой с целью получения достоверных реологических характеристик и для создания базы данных программы.
-
Выбор методов математического и компьютерного моделирования.
-
Разработка интерфейса программы.
-
Проведение дополнительных реологических экспериментов исследований для расширения возможностей программы и производственная апробация программного продукта.
Научная новизна работы. Усовершенствованы методика проведения эксперимента и методика измерений и расчета при определении реологических характеристик молочных продуктов.
Обоснован выбор алгоритмов и методов моделирования, а также структура программы, реализующей расчеты.
Создана компьютерная программа «Виртуальная модель кривых течения», позволяющая осуществлять сбор и представление результатов реологического эксперимента с последующим моделированием поведения продукта в реальном процессе. Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, регистрационный номер № 2008612695, зарегистрирована 29.05.2008 г.
Практическая значимость работы. Уточнены методики контроля реологических параметров ряда готовых молочных и кисломолочных продуктов.
Разработанная программа позволяет осуществлять сбор экспериментальных данных, строить кривые течения и реограммы зависимости эффективной вязкости, автоматически выполнять разбиение области течения исследуемого продукта на требуемое программой количество зон с последующим моделированием этих зон, рассчитывать в зависимости от реологической модели: динамическую вязкость ньютоновских жидкостей, минимальную и максимальную вязкости структурированных жидкостей, а также пластическую (бингамовскую) вязкость и предельное динамическое напряжение сдвига (ПНС) вязкопластичных жидкостей.
Использование разработанной системы, включающей в себя измерительный блок (реометр) и специализированное компьютерное программное обеспечение позволяет уменьшить субъективность результатов измерений реологического контроля вследствие исключения «человеческого» фактора.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Прикладная механика» КемТИППа при подготовке инженеров, бакалавров и магистров (в лекционном и лабораторно-практическом курсе).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались на V Международной научно-практической конференции «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел, 2006 г.); XI Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи» (Томск, 2007 г.); XX Международной научной конференции (Ярославль, 2007 г.); VI Международной научно-практической конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности. Экспертиза, оценка качества, подлинности и безопасности пищевых продуктов» (Москва, 2008 г.); VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Информационные технологии и математическое моделирование» (Томск, 2008 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе, в центральных журналах, рекомендованных ВАК – 2 работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 120 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 3 таблицы, 38 рисунков. Библиография включает 143 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Похожие диссертации на Компьютерные технологии в реологических исследованиях молочных продуктов
-
