vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2021-59-1-111-121vestiag-546Research ArticleПЕРАПРАЦОЎКА І ЗАХАВАННЕ СЕЛЬСКАГАСПАДАРЧАЙ ПРАДУКЦЫІPROCESSING AND STORAGE OF AGRICULTURAL PRODUCTIONРеологическое моделирование процессов течения макаронного теста в каналах конфузорно-диффузорных вставок формующих матрицRheological modeling of pasta dough flow processes in channels of convergent-divergent inserts of molding matrixГрудановВ. Я.GrudanovV. Ya.

Груданов Владимир Яковлевич – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологий и технического обеспечения процессов переработки сельскохозяйственной продукции

пр-т Независимости, 99, 220124, г. Минск

Vladimir Y. Grudanov - D.Sc. (Engineering), Professor

99, Nezavisimosti Ave., 220124, Minsk

pererabotka.kafedra@mail.ruТорганА. Б.TorganA. B.

Торган Анна Борисовна – кандидат технических наук, доцент кафедры технологий и технического обеспечения процессов переработки сельскохозяйственной продукции

пр-т Независимости, 99, 220124, г. Минск

Anna B. Torhan - Ph.D. (Engineering)

99, Nezavisimosti Ave., 220124, Minsk

anechkat@tut.byБарсуковВ. Г.BarsukovV. G.

Барсуков Владимир Георгиевич – доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой технической механики

ул. Ожешко, 22, 230023, г. Гродно

Vladimir G. Barsukov - D.Sc. (Engineering)

22, Ozheshko Str., 230023, Grodno

v.g.barsukov@grsu.byБелорусский государственный аграрный технический университетThe Belarusian State Agrarian Technical UniversityГродненский государственный университет имени Янки КупалыThe Yanka Kupala State University of Grodno202109022021591111121Copyright © Груданов В.Я., Торган А.Б., Барсуков В.Г., 20212021Груданов В.Я., Торган А.Б., Барсуков В.Г.Grudanov V.Y., Torgan A.B., Barsukov V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/546

Одним из эффективных направлений модернизации конструкций макаронных прессов является установка в колодцах матрицы перед фильерами специальных коническо- цилиндрических вставок, имеющих, подобно трубкам Вентури, зоны сужения (конфузор), расширения (диффузор) и расположенный между ними цилиндрический поясок. Однако реологические аспекты такого метода модернизации формообразующей оснастки применительно к макаронным прессам не изучены, рекомендации по расчету и проектированию конструктивных элементов не разработаны. Все это является существенным препятствием для использования метода в инженерной и производственной практике. Цель работы – разработка реологических моделей течения макаронного теста в коническо-цилиндрических каналах конфузорно-диффузорных вставок и оценка с их помощью влияния конструктивных размеров и показателей реологических свойств на сопротивление течению макаронного теста. Макаронное тесто рассматривали как реологически сложный, нелинейно вязко-пластичный материал. При технических расчетах вкладом сдвиговой прочности пренебрегали и осуществляли реологический анализ с использованием степенного реологического уравнения Освальда–де–Вила. Получены аналитические зависимости, позволяющие производить расчет перепадов давления в конфузорно-диффузорной вставке и ее элементах. Произведено численное моделирование и получены расчетные данные по влиянию размеров конструктивных элементов вставки и расхода макаронного теста через вставку на сопротивление его вязкому течению. Полученные результаты могут составить основу инженерно технологических расчетов при проектировании конфузорно-диффузорных вставок для лабораторных и промышленных матриц макаронных прессов.

One of efficient directions for pasta press designs modernization is installation of special conical-and-cylindrical inserts in the matrix wells in front of the dies having, like Venturi tubes, narrowing zones (convergent), expansion (divergent) and a cylindrical path located between them. However, rheological aspects of such method of forming tool modernizing in relation to pasta presses have not been studied, recommendations for structural elements calculation and design have not been developed. All this is a significant obstacle for using the method in engineering and industrial practice. The research purpose is to develop rheological models the pasta dough flow in the conical-cylindrical channels of convergent-divergent inserts and to evaluate with their help the impact of structural dimensions and rheological properties on resistance to pasta dough flow. Pasta dough was considered as a rheological complex nonlinearly viscous plastic material. In technical calculations contribution of shear strength was neglected and a rheological analysis was performed using the Oswald-de-Vila power law equation. Analytical dependences obtained make it possible to calculate the pressure drops in the convergent-divergent insert and its elements. Numerical modeling was performed and calculated data were obtained regarding the impact of dimensions of structural elements of the insert and rheological parameters of pasta dough on its resistance to viscous flow. The results obtained can form the basis of engineering and technological calculations in design of convergent-divergent inserts for laboratory and industrial matrices of pasta presses.

макаронное тестореологические моделимакаронные прессыформующие матрицытечениеконфузордиффузорвставкаpasta doughrheological modelspasta pressesforming matricesflowconvergentdivergentinsertReferencesЧернов, М.С. Справочник по макаронному производству / М.С. Чернов, Г.М. Медведев, В.П. Негруб. – М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1984. – 304 с.Chernov M. S., Medvedev G. M., Negrub V.P. Handbook of pasta production. Moscow, Legkaya i pishchevaya promyshlennost’ Publ., 1984. 304 p. (in Russian).Васин, М.И. Пути улучшения качества макаронных изделий / М.И. Васин, М.А. Калинина, С.А. Парфенова. – М. : ЦНИИТЭИхлебопродуктов, 1991. – 24 с. – (Обзорная информация. Серия «Хлебопекарная и макаронная промышленность» / ВНПО «Зернопродукт», ЦНИИ информ. и техн.-экон. исслед.).Vasin M. I., Kalinina M. A., Parfenova S.A. Ways to improve the quality of pasta. Moscow, TsNIITEIkhleboproduktov Publ., 1991. 24 p. (in Russian).Мачихин, Ю.А. Формование пищевых масс / Ю.А. Мачихин, Г.К. Берман, Ю.В. Клаповский. – М. : Колос, 1992. – 272 с.Machikhin Yu. A., Berman G. K., Klapovskii Yu. V. Molding food masses. Moscow, Kolos Publ., 1992. 272 p. (in Russian).Груданов, В.Я. Процесс формования макаронных изделий в узлах прессования с улучшенными гидравлическими и технологическими характеристиками / В.Я. Груданов, А.Б. Торган, В.М. Поздняков // Вес. Нац. акад. наук Беларусi. Сер. физ.-тэхн. навук. – 2013. – №2. – С. 58–65.Grudanov V. Ya., Torgan A. B., Pozdnyakov V.M. A process of forming of pasta in pressing units with improved hydraulic and technological characteristics. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2013, no. 2, pp. 58-65 (in Russian).Demianiuk, L. Siły i odkształcenia występujące podczas brykietowania materiałow drobnoziarnistych w komorze otwartej – analiza doświadczalna / L. Demianiuk, R. Hejft, A. Seweryn // Zeszyty Nauk. Politechniki Białostockiej. Mechanika. – 1999. – Z. 21. – S. 95–107.Demianiuk L., Hejft R., Seweryn A. Siły i odkształcenia występujące podczas brykietowania materiałow drobnoziar ́ - nistych w komorze otwartej - analiza doswiadczalna ́ [Forces and deformations occurring during briquetting of fine-grained materials in an open chamber - experimental analysis]. Zeszyty naukowe Politechniki Białostockiej. Mechanika [Scientific Journals of the Bialystok University of Technology. Mechanics], 1999, vol. 21, pp. 95-107 (in Polish).Faborode, M.O. A rheological model for the compaction of fibrous agricultural materials / M.O. Faborode, J.R. O’Callaghan // J. of Agr. Engineering Research. – 1989. – Vol. 42, N3. – P. 165–178. https://doi.org/10.1016/0021-8634(89)90048-6Faborode M. O., O’Callaghan J.R. A rheological model for the compaction of fibrous agricultural materials. Journal of Agricultural Engineering Research, 1989, vol. 42, no. 3, pp. 165-178. https://doi.org/10.1016/0021-8634(89)90048-6Hryniewicz, M. Zmienność tarcia zewnętrznego w procesie brykietowania / M. Hryniewicz // Zeszyty Nauk. Akad. Górniczo-Hutniczej. Mechanika. 1994. – T. 13, z.4. – S. 555–563.Hryniewicz M. Zmienność tarcia zewnętrznego w procesie brykietowania [Variability of external friction in the briquetting process]. Zeszyty naukowe Akademii Górniczo-Hutniczej. Mechanika [Scientific bulletins of the Stanisław Staszic University of Mining and Metallurgy. Hryniewicz, M. Variability of external friction in the briquetting process / M. Hryniewicz // Scientific journals of the AGH University of Science and Technology.Барсуков, В.Г. Технологическое трение при экструзии композитов / В.Г. Барсуков, А.И. Свириденок. – Гродно : ГрГУ, 1998. – 200 с.Barsukov V. G., Sviridenok A.I. Technological friction during the extrusion of composites. Grodno, Grodno State University, 1998. 200 p. (in Russian).Медведев, Г.М. Технология макаронного производства / Г.М. Медведев ; ред. Н.В. Куркина. – М. : Колос, 1998. – 271 с.Medvedev G.M. Technology of pasta production. Moscow, Kolos Publ., 1998. 271 p. (in Russian).Назаров, Н.И. Технология макаронных изделий / Н.И. Назаров. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Пищ. пром сть, 1978. – 287 с.Nazarov N.I. Technology of pasta. 2nd ed. Moscow, Pishchevaya promyshlennost’ Publ., 1978. 287 p. (in Russian).Мачихин, Ю.А. Инженерная реология пищевых материалов / Ю.А. Мачихин, С.А. Мачихин. – М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1981. – 215 с.Machikhin Yu. A., Machikhin S.A. Engineering rheology of food materials. Moscow, Legkaya i pishchevaya promyshlennost’ Publ., 1981. 215 p. (in Russian).Структурно-механические характеристики пищевых продуктов / А.В. Горбатов [и др.] ; под ред. А.В. Горбатова. – М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1982. – 296 с.Gorbatov A. V., Maslov A. M., Machikhin Yu. A., Tabachnikov V. P., Kosoi V.D. Structural and mechanical characteristics of food products. Moscow, Legkaya i pishchevaya promyshlennost’ Publ., 1982. 296 p. (in Russian).Технология пищевых производств : учебник для вузов / Л.П. Ковальская [и др.] ; ред. Л.П. Ковальская. – М. : Колос, 1999. – 752 с.Koval’skaya L. P., Shub I. S., Mel’kina G. M., Shebershneva N. N., Shikina V. S., Nechaev A. P. (et al.). Technology of food production. Moscow, Kolos Publ., 1999. 752 p. (in Russian).Остриков, А.Н. Экструзия в пищевой технологии / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. – СПб. : ГИОРД, 2004. – 281 с.Ostrikov A. N., Abramov O. V., Rudometkin A.S. Extrusion in food technology. St. Petersburg, GIORD Publ., 2004. 281 p. (in Russian).Гноевой, А.В. Исследование течения вязкопластичных сред в каналах и полостях с изменяемыми формами их стенок : (элементы теории и техн. прил.) / А.В. Гноевой, Д.М. Климов, В.М. Чесноков. – М. : [б. и.], 1995. – 128 с.Gnoevoi A. V., Klimov D. M., Chesnokov. V.M. Investigation of the flow of visco-plastic media in channels and cavities with variable shapes of their walls (elements of the theory and technical applications). Moscow, 1995. 128 p. (in Russian).Торган, А.Б. Анализ реологических аспектов течения макаронного теста в каналах ступенчато-переменного сечения с использование нелинейной модели Балкли-Гершеля / А.Б. Торган // Пищевая пром-сть: наука и технологии. – 2015. – №3 (29). – С. 64–71.Torgan A.B. Analysis of rheological aspects of pasta flow in step-variable cross-section channels with the use of nonlinear Herschel-Bulkley model. Pishchevaya promyshlennost’: nauka i tekhnologii = Food Industry: Science and Technology, 2015, no. 3 (29), pp. 64-71 (in Russian).Торган, А.Б. Методика оценки вклада пластичной и вязкой составляющих в сопротивление течению макаронного теста / А.Б. Торган // Весн. Гродз. дзярж. ун-та ім. Я. Купалы. Сер. 6, Тэхніка. – 2015. – №1 (198). – С. 90–98.Torgan A.B. Method of assessing the contribution of plastic and viscous components in resistance to flow of pasta dough. Vesnіk Grodzenskaga dzyarzhaunaga unіversіteta іmya Yankі Kupaly. Seryya 6. Tekhnіka = Vesnik of Yanka Kupala State University of Grodno. Series 6. Engineering Science, 2015, no. 1 (198), pp. 90-98 (in Russian).Тадмор, З. Теоретические основы переработки полимеров : пер. с англ. / З. Тадмор, К. Гогос ; пер. с англ. под ред. Р.В. Торнера. – М. : Химия, 1984. – 632 с.Tadmor Z., Gogos C.G. Principles of polymer processing. New York etc., John Wiley & Sons, 1979. 736 p.Смольский, Б.М. Реодинамика и теплообмен нелинейно вязкопластичных материалов / Б.М. Смольский, З.П. Шульман, В.М. Гориславец. – Минск : Наука и техника, 1970. – 447 с.Smol’skii B. M., Shul’man Z. P., Gorislavets V.M. Rheodynamics and heat transfer of nonlinear viscoplastic materials. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1970. 447 p. (in Russian).Ставров, В.П. Технологические испытания реактопластов / В.П. Ставров, В.Г. Дедюхин, А.Д. Соколов. – М. : Химия, 1981. – 246 с.Stavrov V. P., Dedyukhin V. G., Sokolov A.D. Technological tests of thermosets. Moscow, Khimiya Publ., 1981. 246 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.