Scientific Article
Русский
Open Access
Разработка математической модели изменения структурно-механических свойств плодов и овощей в процессе сушки
Abstracts
Ishda tayyor mahsulot sifatini oshirish maqsadida meva va sabzavotlarni dastlabki impuls taʼsirida deformatsiyani oʻzgartirish va keyinchalik quritishning matematik modellari ishlab chiqildi. Ushbu jarayonda bog‘lanish kuchlanishi va deformatsiya tenglamasini olish uchun eng oddiy model jismlarning mexanik modellari va ularning ideal tenglamalarini birlashtirish usuli qo‘llanildi.
matematik modeldeformatsiyadastlabki impulskuchlanishelastiklikyopishqoqlikstrukturaviy mexanik xususiyatlar. DEVELOPMENT OF A MATHEMATICAL MODEL OF CHANGING THE STRUCTURAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF FRUITS AND VEGETABLES DURING THE DRYING PROCESS 1Kurbanov Zh.M.2Kurbonova M.Zh.3Kholturaev H.K. 1Samarkand institute of economics and service2Tashkent agrarian university3Termez state university
В работе разработано математические модели, изменение деформации в процессе воздействия начального импульса и дальнейшей сушки плодов овощей, в целях улучшение качества готового продукта. Для вывода уравнения связывающего напряжения и деформации в этом процессе использовано метод комбинации механических модель простейших модельных тел и их идеальные уравнения.
математический модельдеформацияначальный импульснапряжениеупругостьвязкостьструктурные механические свойства. MEVVA VA SABZAVOTLARNI QURUTISH JARAYONDAGI TUZILISHI VA MEXANIK XUSUSIYATLARI O‘ZGARISHINING MATEMATIK MODELINI ISHLAB CHIQISH. 1Qurbonov J.M.2Qurbonova M.J.3Xolto‘raev X.K. 1Samarqand iqtisodiyot va servis instituti2Toshkent agrar universiteti3Termiz davlat universiteti
The paper develops mathematical models of changing deformation during the initial impulse and subsequent drying of fruits and vegetables in order to improve the quality of the finished product. To derive the equation of the connecting stress and deformation in this process, the method of combining mechanical models of the simplest model bodies and their ideal equations was used.
mathematical modeldeformationinitial impulsestresselasticityviscositystructural mechanical properties При высокоинтенсивном и интенсивном процессе обработки материаловсущественно изменяется ее структурно - механические свойства. Которые значительно влияет на процесс структурно-механических (реологических) свойствопределяет поведение материала в условиях напряженного состояния и позволяет связать между собой тензор напряжения с тензором деформации во времени. Эти свойства влияет н
Article Content
“Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №1/2025 201
Информатика и информационно-коммуникационные системы
Для составление математической модели изменение деформации в процессе воздействия начального импульса и дальнейшей сушки плодов и овощей, т.е. для вывода уравнения связывающего напряжения и деформацию в этом процессе, используем метод комбинации механических моделей простейших (модельных) тел и их идеальные уравнения. Феноменологический анализ плодов и овощей показывают, что по составу они состоят в основном из жидко образных (соков), твердообразных (каркас клетки) и газообразных фаз. Которые в течение процесса нагревания и удаления влаги поведут себя различным образом. Например, плоды (яблоки, абрикос, персик, груша и др.) как вязкоепластичное, далее вязкое-упругое и упругое вязкое. Надо помнит что деформация происходит во всех периодах сушки, причем указанные состояние тела в большой или меньшей мере (из за неравномерности процесса сушки) действуют по всей протяженности процесса. Исходя из вышеизложенных, нами составлены модели состояния тела по периодам сушки плодов и овощей, составленные модели которых представлены в таблице. На первом периоде сушки тело Шведова-Бингама [8] пластическое твердое тело с низким пределом текучести, она только величиной предела текучести отличается от других пластических материалов. Такое тело было впервые обнаружено исследованием желатина [3] Ф.Н. Шведовым и Е. Бингамом для краски-пластичного материала. Описывается уравнением:
(1) где: деформация скорость сдвига, коэффициент вязкости, касательное нормальное, критическое напряжение, предель текучести Во втором периоде тело ведет себя как сочетание упругих и вязких свойств, называется телом Максвелла описывается уравнением:
(2)
где: скорость напряжения, G- модуль упругости второго рода В третьем периоде тело упругое-вязкое – Кельвина или Фойгта.
(3) Для нахождения математического модели изменение структурно-механических свойств при начальном импульсе процесса сушки, принимаем, что начальный импульс происходит первые два периода, поэтому математический модель процесса находим из двух уравнений модели I и II периода сушки.
; (4); (5)
Сложив (4) и (5) получим:
= (6) подставляя (4) и (5) на уравнение (6) получим:
(7)
переобразуя
получим
(8)
Получив единый уравнения (8) изменение деформации при начальном импульсе (8) производим анализ данного по методике при различных состояниях взаимодействия для плодов и овощей во время начального импульса.
“Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №1/2025 202
Информатика ва ахборот-коммуникацион тизимлар
1. Пусть при НИ образующееся на плодов и овощей напряжение будет постоянным
, а деформация развивается во времени. Тогда и уравнение (8) примет
вид модели тела Шведова-Бингама:
(9)
Это уравнение для , потому что при тело теряет свойства пластичности и вязкости и превращается в твердое. Интегрируя (9) получим:
(10)
или
(11)
при начальных условиях t=0; тогда С = и (12)
уравнение (12) определяет деформацию тела в любой момент при постоянном касательном напряжении. 2. Пусть, образование структуры плодов и овощей при НИ происходит при постоянном значение деформации, т.е. ; за счет развития внутренных касательных напряжений:
; (13) тогда 0 (14)
уравнение (8) примет вид: 0 = (15)
проведем разделение переменных
(16); отсюда: (17)
проинтегрируем левую и правую часть получим:
(18)
отсюда при этом , фиксированное значение
(19)
(20)
тогда
= (21)
Пусть (22)
тогда (23) при начальных условиях , т.е. при t = 0, r =
тогда (24) окончательно получим
(25)
подставляя , (26)
уравнение (26) определяет напряжение тела в любой момент t при фиксированных G и . 3. Теперь рассмотрим наиболее приемлемый случай для процесса НИ плодов и овощей (скорость деформации постоянная)
(27)
“Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №1/2025 203
Информатика и информационно-коммуникационные системы
Тогда уравнение (8) применит вид:
(28)
решение будет иметь вид: (29) при начальных условиях t=0; тогда (30) подставляя (30) на (29) и преобразуя получим
(31) где (32) По полученным уравнением (31) можно определить значение при постоянной скорости деформации и фиксированных G, при времени t начального импульса. Математический модель изменение структурно – механических свойств во время основного процесса сушки, предварительно обработанного продукта можно вводит по выше указанным методом по различным состояниям тела-продукта. Таблица 1 Модели состояния тела по периодам процесса сушки плодов (яблоки, слива и абрикосы) и овощей (картофеля, моркови) Период процесса сушки
Изменение влажности в, %
Вид (модель) тела
Математическая модель (уравнение) тела
Фамилия автора
I 95-85 Вязкоепластическое
ШведоваБингама
II 85-75 Вязкоеупругое
Максвелла
III 45 ниже Упругоевязкое
Кельвина или Фойгта
или
Если считаем, что, после предварительного начального импульса во время которого математический модель изменение структурно-механических свойств — это сложение двух: вязкопластических и вязкоупругих тел и их описывающих уравнений, тогда со второго периода по третий проходит процесс конвективная сушка, по данным таблицы-1, это вязко – упругое и упруго вязкое состояние. Принятие состояние тел во втором периоде для процесса сушки обосновано тем что, после начального импульса хотя снимается тепловое воздействия и другие явления сопутствующих ее, все равно оно продолжится и в процессе сушки. Исходя из этих соображений:
(32) если
(33)
(34)
подставляя (32) и (33) на (34) получим
(35)
преобразовав:
или
“Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №1/2025 204
Информатика ва ахборот-коммуникацион тизимлар
(36)
или
(37)
Полученное уравнение являются единым уравнением математического моделя процесса сушки плодов и овощей. Если уравнение (37) сопоставляем с (8), то получим, что во время процесса сушки материал уже на много раз твердее предыдущего, т.е. ( деформация тел идет в
основном упруго-вязкое. По-видимому, материал сверху твердеет, а внутри еще вязкое (т.е. состояния вялый особенно для чернослива и абрикоса). По полученным уравнениям также, как НИ произвели анализ различного состояния взаимодействия для плодов и овощей во время процесса сушки и получили: 1). При ; и ; уравнение (31) примет вид:
(32)
2). При ; тогда =0
получили
(33)
3). При ; тогда уравнение (31)
примет вид:
(32) где A= (33) если тогда
(34) 2. Если мы исходим, что из указанных трех периодов в двух первых за короткое время происходит начальный импульс, и только в третий основной процесс сушки и она достаточно описывается уравнением Кельвина или Фойгта, тогда математическая модель намного упрощается и примет вид:
или = (35)
Данное уравнение (35) показывает, что в процессе интенсивной сушки плодов и овощей, объект сушки все-таки имеет свойства вязкого течения для «твердого тела». Она характеризует самопроизвольную развитию деформации при постоянном значение приложенных напряжений и ее можно назвать ползучестью [22,24]. Если развитие деформации во времени при постоянном напряжение , уравнение (35) превращается в дифференциальное уравнение вида
(36) где и – постоянные коэффициенты равные в нашем случае:
; (37)
имеет значения деформации по времени. Из курса высший математике известно решение уравнения (36), имеющий вид:
(38) произвольная постоянная интегрированная определяется из начальных условий. И так, окончательное решение:
(39)
“Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №1/2025 205
Информатика и информационно-коммуникационные системы
Начальное условие, при t=0, (40) Она характеризует, что мгновенная деформация отсутствует и оба свойства (вязкости и упругости) больше и меньшей мере параллельно сохраняется до конца процесса. Тогда: (41)
т.е. при -деформация приближается , т.е. упругого тему Гука. Заключение: Используя метод комбинации механических моделей простейших (модельных) тел и их идеальных уравнений, разработан математический модель изменения структурно механических свойств плодов и овощей по начальным периодам процесса сушки -получено уравнение определяющий напряжения тела в любой момент времени t, при фиксированных G и . -получено уравнение определяющий значение при постоянной скорости деформации и фиксированных , G, при времени t начального импульса
References (9)
- 1. Лыков А.В. Теория сушки – М.: Энергия. 1968 г - 470 с.
- 2. И. Гамаюнов Н.И. Закономерности внутреннего переноса влаги и структурообразования при сушке различных материалов. // Химическая промышленность. 1976, № 6, 24-28 с. 7.
- 3. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов –М.: Легкая и пищевая промышленность. 1986 г - 216 с.
- 3. Курбанов Ж.М., Ходжаева У.Р. Электрофизические методы воздействия на продукты питания сервисных предприятий, монография, “Iqtisod-moliya”, Ташкент, 2012, 159 с.
- 4. Чураев Н.В. Свойства и кинетика влаги и пористых телах. // Коллоидный журн. 1980. Т. 42, №2. 295-298 с.
- 5. Додаев К.О., Маматов Ш.М., Исследование оптимизации процесса теплообмена в технологии сушки овощей // Вестник Тамбовского университета – Тамбов, 2013 г, №5. – 2504–2506 с.
- 6. Курбанова М.Ж. Мева сабзавотларни бошлангич импулс энергияси ёрдамида куритиш. / Автореферат докт. дисс. –Т. ТХТИ. 2018. – 41 б .
- 7. Курбанова М.Ж. - Интенсификация тепло-массообменных процессов начальным импульсным энергоподводом // Монография. – Самарканд: ГП издательство “Zarafshon”- 2017. – 136 с.
- 8. Shwedoff F.H «Journ.Dephysique» 1889 (2). 341 с. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №1/2025 206