食品流变学与质构PPT课件

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注意：
a. 由于双园筒回转式粘度计产生反力矩的弹性元件具有 确定的弹性系数。因此，在测一时受到液体摩擦力矩M1 的作用而产生的扭角是有一定范围的，摩擦力矩的大小 除了取决于液体的粘度外，还与转子的大小有关。摩擦 力矩太大或太小均不能使粘度计正常工作，所以，各种 型号的双园筒粘度计都配有不同规格（直径与长度）和 转筒或转子，以满足不同液体测量的需要。 b. 在选定了转子后，还要注意转速，要使转子在适当 的转速范围内工作。 C. 上述讲的公式仅适合于牛顿液体，对于非牛顿液体 的粘度测量也可采用回转粘度计，但比上述所讲的均要 复杂得多。
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(2) 回转粘度计 A. 原理： 主要部件为两个园筒，其中一个静止，另一个转动， 当液体进入双园筒隙间时，在旋转园筒的作用下，液体将发生 转动， 液体在运动过程中也对园筒表面施以摩擦力矩，通过摩 察阻力矩的测定，算出液体的粘度及流变参数。 B. 转鼓式粘度计 外园筒旋转而内园筒静止，通过内园筒达到平衡时所偏转 的角度来测定粘度，即通过测定旋转的力矩求出其粘度。
1 1 M r1 2 2 4 2 H r1 r2
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C. 转子回转式粘度计
原理: 外园筒不转，中间的转子通过弹簧等弹性元件与刻度 盘相连接，如果转子没有其他外力的作用，在电机作用下，就 会与刻度盘一起作匀速运动，但当转子浸入液体时，由于液体 粘性的作用而受到一个与转子旋转方向相反的力矩M1作用， 阻碍了转子的旋转，使转子不能与刻度盘同步运动。因转子与 弹簧相连，这个力矩阵就能过转子作用在弹簧 上，使弹簧扭 转了一个角度，弹簧产生了一个与M1大小相等、方向相反的 力矩Mr1,使Mr1与M1平衡，最终使转子以同样的转速继续旋转。 由此可见，补测液体的粘度越大，产生的阻力矩M1就越大， 弹簧扭转的角度也越大。因此，可根据弹簧扭转角度的大小来 确定粘度的大小。弹簧扭转的角度可能过固定在转子上的指针 和刻度盘上的刻度相对位置看出来。
1.2.4 粘弹性形变 1) 粘弹性物质的概念 同时具有液体的粘性和固体弹性的物质称为粘弹性物 质。如面团、米粉团、冻凝胶、奶糖等都是一些典型的粘弹体。 2）粘弹性的特点
粘弹性除了兼有弹性性质与粘性流动源自质以外，还具 有如下一些特殊的性质。
A. 曳丝性。有些食品体系，将筷子插入其中，再提起时， 会观察到一部分液体被拉起形成丝状，这种现象称为曳丝性。 曳丝性是粘弹性物质的典型性质之一。但值得注意的是，有些 粘度高的液体如食用油、糖液等，虽然用筷子也能提起“液 线”，但它不是曳出的丝，而是粘性降下的液流。
测定粘弹性物质粘弹性的方法主要有过渡测定法和动 态测定法，过渡测定法主要用于粘弹物质的蠕变实验 和应力松驰实验，动态测定法通常采用振动测定法。 （1）蠕变实验和应力松驰实验
蠕变和应力松驰是粘弹性物质的主要特征。蠕 变实验就是对被测物质试样施加一定的外力，然后研 究由此产生的变形直到平衡状态时的实验。应力松驰 实验则是使试样保持一恒定的变形，然后观察应力随 时间松驰的实验。
b=2πR3/3α b= πR4/d
2 R2 R1 2 b 4h 2 R2 R 2 1
R： 平板的半径 α ：锥角 d: 两平行板间距 R1：内圆筒半径 R2：外圆筒半径 h: 圆筒高度 在蠕变柔量测量时，应正确选择施加外力的大小。
B. 应力松驰实验
J(t) = S(t)/Fo 目前，广泛使用扭转的方法，利用转动流变仪对试样施 加一个恒定扭矩T，测定其转角随时间变化的 θ (t)，此时有： J(t) = b θ (t)/T 在上式中b为几何形状因子，不同的几何形状，b值大 小不同，常见的几何形状有如下几种：
a. 锥-板: b. 平行板: c. 同心双圆筒：
曳丝性判断与测定的方法：将直径为1mm的玻璃棒浸入液体1 cm，然后再以5cm/s的速度提起，用液体丝在断掉前可拉出的 长度表示曳丝性，用液体丝在断掉之前可拉出的长度表示曳丝 性的大小。拉丝的长度与玻璃棒提起的速度有关（见下图）， 在适当的提起速度条件下会出现一个曳丝峰值，这一峰值的曳 丝速度与粘弹性的松弛时间有关。
B. 威森伯格效果(Weissenberg effect) 将粘弹性液体放入圆桶形容器中，垂直于液面插入一玻 璃棒，当急速转动玻璃棒或容器时，可察到液体会缠绕玻璃棒 而上，在棒周围形成隆起于液面的冢状的液柱，这种现象称之 为~。 3）粘弹性的测量 前面我们讲了液体在粘度计中的流动或受外力作用达到 平衡条件时的情况。但是，对于粘弹性物质，在平衡条件下却 观察不到物质的弹性特征。因为在外力的作用下，粘弹性物质 达到平衡状态的位置和时间都要受到物质粘性和弹性以及仪器 本身特性的影响，因此，一般是通过研究仪器和粘弹性物质相 互作用时达到平衡之前的情况，以此来推断物质的粘弹性特性，
A. 蠕变实验、蠕变柔量的测定
在上图中，将试样固定在两块轻便的铝板上，把适当的 砝码放入称量盘，试样在砝码的作用下，产生剪切变形。这 时通过观测称量盘相对刻度尺上的位置来测量试样的变形。 试样随时间变化的剪切应变S(t)可以通过称量盘在刻度尺的变 化和试样原始尺寸计算出来，故有： S （t）= △S(t)/Xe S （t）： 剪切应变 △S(t)： 在某一时刻t时，称量盘相对刻度尺离开原始位 置的距离。 Xe： 试样高 恒定的剪切应力Fo 可由砝码重量m和试样尺寸计算，有： Fo = mg /A (N/m2) A为试样受剪切作用的面积 （m2） 注意：蠕变柔量为剪切形变与剪切应力的比值，所以有：
根据牛顿液体定律 η =σ/ε ，只要知道剪切力与剪切速率就可 求出粘度。在双园筒间隙中，假设在液体内部无能量贮存和 热量耗散，则在任一半径r处液体中剪切应力σ可根据下式计 算：

M
剪切速率可根据下式计算：
2 r 2 H

所以液体粘度为： η =σ/ε
1 1 2 2 r r1 r 2