Науково обґрунтоване проєктування робочих органів формувального устаткування харчових підприємств на основі методів обчислювальної гідротермодинаміки
Вантажиться...
Дата
2026
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Хмельницький національний університет
Анотація
У роботі наведено науково обґрунтовані методи проєктування робочих органів формувального обладнання для харчової промисловості на основі аналізу структурно-технологічних характеристик тіста. Об’єктом вивчення стала реологічна поведінка та процес структуроутворення бубличного тіста під час циклічно-неперервного валкового нагнітання. Для визначення взаємозв’язків між тиском стиснення, ефективною в’язкістю та градієнтом швидкості зсуву застосовано методи термо-гідродинамічного аналізу та реометрії.
Теоретично і експериментально встановлено, що зміна допустимого напруження зсуву залежить від швидкості
руху тіста по поверхні валка і товщини шару стиснення. З’ясовано, що інтенсивна механічна обробка протягом 3 секунд призводить до рівномірного зниження напруження зсуву до 300 Па, що пов’язано з перерозподілом вологи та зміною стану колоїдів. Отримані кількісні дані щодо рівня стиснення тіста при різних технологічних зазорах можуть бути інтегровані в CFD-моделі для прогнозування якості кінцевої продукції. Практична значущість роботи полягає у можливості скорочення технологічного циклу та збільшенні питомого об’єму виробів на 22% за рахунок оптимізації конструктивних параметрів нагнітального вузла.
The paper presents scientifically substantiated approaches to the design of working bodies of forming equipment for the food industry, based on a comprehensive analysis of the structural and technological characteristics of dough systems. The relevance of the study is обусловлена the need to intensify forming operations while maintaining stable rheological properties of dough and ensuring high and reproducible quality of finished products. The object of the research was the rheological behavior and structure formation of bagel dough under conditions of cycliccontinuous roller injection, which combines periodic compression with continuous material transport. To establish quantitative relationships between compression pressure, effective viscosity, and shear rate gradient, methods of thermo-hydrodynamic analysis were applied in combination with experimental rheometry. The dough was considered as a complex viscoplastic dispersed system whose properties change under short-term intensive mechanical action. Theoretical modeling was supported by experimental determination of shear stress and viscosity at various roller speeds and technological gaps. It was theoretically and experimentally confirmed that the allowable shear stress is a nonlinear function of the dough movement velocity along the roller surface and the thickness of the compressed layer. An increase in roller speed and a decrease in the compression gap intensify shear deformation, which leads to partial structural breakdown followed by stabilization of the dough matrix. It was established that intensive mechanical processing for 3 seconds results in a uniform reduction of shear stress to approximately 300 Pa. This effect is associated with moisture redistribution within the dough, relaxation of the gluten network, and changes in the state of colloidal components, which together promote more homogeneous structure formation. The obtained quantitative data on dough compression levels at different technological gaps can be directly integrated into CFD models for predictive simulation of forming processes and final product quality. The practical significance of the research lies in the possibility of optimizing the design and operating parameters of the injection unit, which allows a reduction of the technological cycle duration and an increase in the specific volume of finished products by up to 22%, while ensuring stable forming and improved consumer properties.
The paper presents scientifically substantiated approaches to the design of working bodies of forming equipment for the food industry, based on a comprehensive analysis of the structural and technological characteristics of dough systems. The relevance of the study is обусловлена the need to intensify forming operations while maintaining stable rheological properties of dough and ensuring high and reproducible quality of finished products. The object of the research was the rheological behavior and structure formation of bagel dough under conditions of cycliccontinuous roller injection, which combines periodic compression with continuous material transport. To establish quantitative relationships between compression pressure, effective viscosity, and shear rate gradient, methods of thermo-hydrodynamic analysis were applied in combination with experimental rheometry. The dough was considered as a complex viscoplastic dispersed system whose properties change under short-term intensive mechanical action. Theoretical modeling was supported by experimental determination of shear stress and viscosity at various roller speeds and technological gaps. It was theoretically and experimentally confirmed that the allowable shear stress is a nonlinear function of the dough movement velocity along the roller surface and the thickness of the compressed layer. An increase in roller speed and a decrease in the compression gap intensify shear deformation, which leads to partial structural breakdown followed by stabilization of the dough matrix. It was established that intensive mechanical processing for 3 seconds results in a uniform reduction of shear stress to approximately 300 Pa. This effect is associated with moisture redistribution within the dough, relaxation of the gluten network, and changes in the state of colloidal components, which together promote more homogeneous structure formation. The obtained quantitative data on dough compression levels at different technological gaps can be directly integrated into CFD models for predictive simulation of forming processes and final product quality. The practical significance of the research lies in the possibility of optimizing the design and operating parameters of the injection unit, which allows a reduction of the technological cycle duration and an increase in the specific volume of finished products by up to 22%, while ensuring stable forming and improved consumer properties.
Опис
Ключові слова
інноваційне устаткування, валковий нагнітач, обчислювальна гідродинаміка, реологічні властивості тіста, ефективна в’язкість, напруження зсуву, модуль стиснення, структура потоку, газоутримна здатність, питомий об’єм, innovative equipment, effective viscosity, roller pump, computational fluid dynamics (CFD), rheological properties of dough, shear stress, compression modulus, flow structure, gas-retaining capacity, specific volume
Бібліографічний опис
Федорів В., Мартинюк А., Стечишин М., Курской В. Науково обґрунтоване проєктування робочих органів формувального устаткування харчових підприємств на основі методів обчислювальної гідротермодинаміки // Herald of Khmelnytskyi National University. Technical Sciences. 2026. Vol. 363, No. 2. P. 483-489.