固体农业物料的流变特性

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1、第二章固体农业物料的流变特性主要内容第一节理想物体的流变特性第二节粘弹性第三节流变模型和流变方程式第四节固体农业物料的流变性质测定农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动，以及载荷作用下的时效。流变特性用应力、应变和时间三个参数表示,把研究物体形变和流动的科学称作流变学（rheology）。第一节理想物体的流变特性农业物料的种类:流变学基本概念:第一节理想物体的流变特性固体农业物料的流变特性在生产、质量控制和发展新产品中起着重要作用。研究农业物料的流变特性有利于深入了解物料的结构，改进农业物料加工中的质量控制，为固体农业物料加工机械的设计提供依据

2、，并可使消费者认可的产品质地(texture)和一些明确定义的流变学特性联系起来，以便用流变学方法测定产品的质量。研究农业物料流变特性的意义:1、物体在外力作用下的变形分类：弹性变形和流动。2、流动分类：粘性流动和塑性流动。3、弹性、粘性和塑性是用来描述农业物料流变特性的三种基本性质。第一节理想物体的流变特性表示这些特性的三种传统的理想物体是虎克体、牛顿流体和圣维南体。实际物体都不具备完全的弹性、完全的粘性或完全的塑性。绝大多数实际物料往往或多或少地同时具有弹性、粘性和塑性。因此，在研究实际物体流变性质时常用上述三个理想物体作为分析比较的标准。一、理想弹性体的流

3、变特性当理想弹性体受到外力作用时其应变立即达到相应的最大值，并且不随时间而变化，称这种应变为瞬时弹性应变。当外力消除时应变立即全部消失，且卸载历程和加载历程完全重合。所以，我们把理想弹性体又称作线弹性体。理想弹性体的定义：是指当受到外力作用时，按比例产生形变；而在卸载后，形变则完全消失的物体。理想弹性体中应力和应变是成正比的，如图所示。理想弹性体应力和应变关系可用虎克定律表示。当虎克体在拉伸和压缩应力作用时，用下式求出弹性模量或杨氏模量：E----弹性模量或杨氏模量；σ----拉伸或压缩应力；ε----拉伸或压缩应变；当虎克体受到剪切应力时，用下式求出剪切模量或

4、刚性模量：G----剪切模量或刚性模量；τ----剪切应力；γ----剪切应变一、理想弹性体的流变特性一、理想弹性体的流变特性当虎克体在静液压力作用下，用下式求出体积模量或不可压缩性:K----体积模量P----静液压力（水静压力）----体积应变以上各式中的E、G和K均为理想弹性体的流变特性参数。它们和泊松比μ之间的关系可用以下各式求出一、理想弹性体的流变特性大部分物料的泊松比在0.2-0.5范围内,当物料的性质趋近于橡胶时,泊松比趋近0.5,当水果和蔬菜等物料中空气含量增加,也即密度减小时,泊松比值减小。一、理想弹性体的流变特性根据以上关系可计算出农业物料的

5、泊松比。例:马铃薯块茎的平均体积模量K约为7.8×104kPa，圆柱形果肉的压缩弹性模量E约为3.7×103kPa，由此可计算出马铃薯块茎的泊松比约为0.49(Finney)。采用同样方法，用完整苹果作试验求出苹果的泊松比约为0.37。这是因为苹果中大约有23％的体积是空气，所以苹果的泊松比要比马铃薯小。一些物料的泊松比μ值如表所示。二、理想粘性体的流变特性当液体流速不太大时，液体形成的流线是与两平面平行的层流运动。在t时刻的剪切应变用表示，则粘性及粘性流动的定义：理想牛顿液体受到外力作用，如搅动或重力作用便会流动。流动时因内部各个部分之间摩擦阻力又会静止。液体

6、这种阻碍或抵抗自己流动的性质称为粘性。这种具有粘性的液体的流动称为粘性流动或粘性流。当θ很小时，剪切应变可直接用θ表示剪切应变速率可表示为当θ很小时上式可写成如果液体的剪切应力τ和剪切应变速率成正比，则这种液体称为理想粘性体或牛顿液体，并可用下式表示式中：-----剪切应力-----粘度或粘性系数-----剪切应变速率二、理想粘性体的流变特性一、理想粘性体的流变特性理想粘性体的流动曲线如图所示。由图可知，剪切应力和剪切应变速率的关系是通过原点的一条直线，直线的斜率即为粘度。这表明在理想粘性液体中屈服值等于零。在液体中剪切应变不仅与剪切应力大小有关，而且与剪切应力

7、作用时间有关。液体在剪切应力作用下，剪切应变将随时间而不断增加，这种形变称作粘性流动。剪切应变速率一、理想粘性体的流变特性这就是有名的牛顿定律。它原是一个假设，经过库仑的实验证明才成为定律，并且证实粘性是液体本身的内摩擦，而且此内摩擦力与液体所受的压力无关。由于各种液体分子的大小、质量、形状和化学性质的不同，其粘性也不同。遵循这个定律的液体称为牛顿流体或牛顿式流。简言之，牛顿流体定义为：在各种剪应力和剪切应变速率的情况下，流体在流道中流动时，存在一种粘度常值，其关系式为：粘性系数的数字代表液体粘性的大小。液体的粘性越大，其流动所需的力也越大，流动时产生的摩擦力也

8、越大，停止流动也越快。例