Rheological aspects of macaroni batter flow in channels of matrix of step and variable section

Russian. В настоящее время неравномерность скоростей формирования макаронных изделий по сечению матрицы является нерешенной проблемой как в отечественной, так и в зарубежной практике. Конструкция матрицы является одним их определяющих факторов, влияющим на технико-экономические показатели работы пресса. Матрица включает в себя цилиндрический корпус с колодцами, расположенными на концентрических окружностях, установленные внутри колодцев вкладыши со сквозными формующими отверстиями, сгруппированными в гнезда, при этом наибольшее распространение в промышленности получили матрицы с различной высотой формующих отверстий ступенчато-переменного сечения. В статье предложена новая реологическая модель, с помощью которой устанавливаются соотношения между пластической и вязкой составляющей общего гидродинамического сопротивления при течении макаронного теста в канале ступенчато-переменного сечения. Разработана методика определения минимального давления формования, необходимого для преодоления пределов текучести при сдвиге (предельного сопротивления сдвигу) макаронного теста, находящегося в каналах кругового, кольцевого, прямоугольного и произвольного сечения). Показано, что в общем гидродинамическом сопротивлении преобладает вклад составляющей, обусловленной вязким сдвиговым деформированием при течении. Предложена методика приближенной расчетной оценки скоростных и силовых параметров течения макаронного теста в каналах ступенчато-переменного сечения с использованием модели Бингама. Приведены формулы для определения геометрических характеристик каналов ступенчато-переменного сечения, что позволяет выравнивать скорость выпрессовывания теста по всей рабочей поверхности матрицы. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании формующей оснастки, а также при разработке методов расчета процессов формирования макаронного теста.

English. Nowadays the non-uniform formation speed of macaroni products by the matrix cross section is an unsolved problem in both domestic and foreign practice. The matrix construction is one of determining factors having effect on the engineering and economic indicators of the press operation. The matrix consists of a cylindrical body with wells located on concentric circles, liners installed in the wells, with through formation openings grouped in nests, and nowadays the matrices with different heights of forming openings of step and variable section are most widely used in the industry. The article proposes a new rheological model for establishing interaction between the plastic and viscous component of the total flow resistance for macaroni batter in the channel of step and variable section. The method for determining the minimum forming pressure required to overcome the shear yield point (ultimate shearing resistance) of macaroni batter, located in the channels of circular, ring, rectangular and arbitrary cross-section) is proposed. It is shown that contribution of component in total flow resistance dominates due to viscous shearing at flow. The method of approximate estimation of speed and force parameters of macaroni batter flow in the channels of step and variable section using the Bingham model is proposed. The formulae for determining the geometric characteristics of the channels of step and variable section are presented, allowing to align the batter pressing speed over the entire working surface of the matrix. The research results can be used for designing forming equipment, as well as for developing methods of calculation of macaroni batter formation processes.