农业物料学资料

PAGEPAGE192课程简介课程号：13120310

课程名称：生物物料学

课程英文名称：PhysicalPropetiesofBio-Materials

周学时：1～1.5学时学分：1.5

主要教学内容：绪论总述第一章基本物理参数第二章固体生物物料的流变特性第三章液体生物物料的流动特性第四章生物物料的流动力学特性第五章散粒物料的力学特性第六章生物物料的热学特性第七章生物物料的光学特性第八章生物物料的电学特性第九章生物物料的核磁共振，X射线等反应特性选用教材或参考书：

《PhysicalPropetiesofBio-Materials》

《农业物料学》周祖锷，中国农业出版社，1994年5月教学大纲一、课程的教学目的和基本要求

《生物物料学》是生物系统工程专业的重要专业基础平台课程之一。它是运用近代物理学理论、技术和方法，研究农业物科物理性质以及各个物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科。它是物理学、工程学科和生物学各学科之间的桥梁，也是生物系统工程学科的基础。它的任务是为学生学习有关专业课以及今后从事科研、教学、生产和开发工作建立比较牢固的生物物料物理特性基本理论研究基础。通过本课程的学习，学生应掌握生物物料物理特性研究的基本理论、基本知识和基本技能，在分析问题和解决问题的能力上有所提高。

为了完成和达到《生物物料学》的教学任务和要求，在整个教学环节中，要特别注意培养学生的独立思考能力。教学内容宜以物料物理特性研究为主线，加强机械学、热学、电学、光学、声学等等基本理论和基本知识的教学与训练。使学生能牢固和熟练地掌握和应用它们。只有掌握足够的基础知识，才能学好理论。必须重视基本技能和实验技术的训练。二、相关教学环节安排

为实现大纲的基本要求，创造条件采用CAI、多媒体等先进教学手段。本大纲的部分内容可以而且应该由学生通过自学、作业和练习等方法获得。课堂讲授以解决重点、难点及关键问题为主，着重调动学生的思维积极性，指导学生自学。改革注入式教学方法和教师教什么学生学什么被动式学习方法。课程中大力开展讨论式、实验性和研究性教学，让学生积极参与到课堂中，发挥学生的主动性、创造性和实践动手能力，锻炼学生的思维能力和表达能力。

三、课程主要内容及学时分配

主要讲解生物物料的基本参数、固体生物物料的流变特性、液体生物物料的流变特性、生物物料的流体动力学特性、生物物料的热学特性、光学特性、电学特性及核磁共振、X射线等响应特性。教学内容学时

绪论总述1

第一章基本物理参数3

第二章固体生物物料的流变特性6

第三章液体生物物料的流动特性3

第四章生物物料的流动力学特性3

第五章散粒物料的力学特性2

第六章生物物料的热学特性4

第七章生物物料的光学特性4第八章生物物料的电学特性4第九章生物物料的核磁共振，X射线等反应特性4

四、教材及主要参考书教材：

《农业物料学》周祖锷北京生物出版社1994年5月

主要参考书：

1.《PhysicalPropetiesofBio-Materials》

2.《农业物料学》周祖锷北京生物出版社1994年5月五、有关说明《生物物料学》是生物系统工程专业的一门专业基础平台课程，教学对象是高年级学生。因此，采取的教学方法应该是以课堂教学为主，课外的习题作业、辅导答疑为副。在整个教学环节中，每位主讲教师要吃透大纲精神。对本课程各章节的难点、重点、疑点，教研室要认真组织全体教师进行交流讨论，使每位任课教师心中有数；同时，每位教师特别是任课教师要始终贯彻教书育人、为人师表、严格要求学生。充分发挥教师和学生在教学过程中的积极性，以保证教学的顺利完成。课堂教学，采用理论讲解与图表、模型等直观教学方法，并尽可能应用电化教学、CAI（计算机辅助教学）及多媒体等先进教学手段。在教授中，讲透重点、难点、辨清疑点；从分析结构入手，讲述液生物物料物理特性研究原理。讲授时，要做到概念清楚、重点突出、逻辑推理严谨、有启发性；语言要求生动、精炼；板书要求清楚、条理分明、努力提高课堂教学质量。在实验教学中，以启发学生思考、培养动手能力为目的。实验中应以学生能动手操纵作为中心，注重学生对生物物料物理特性研究的实验设计、实践操作能力培养。注意设计与讨论、操作与讨论、结果分析与讨论等相结合。课外，通过布置一些精选的习题，启发学生思考，以达到巩固知识、培养学生分析问题和解决问题的能力。教师要认真及时批改作业，通过作业的反馈可以不断地改进教学方法；并可以通过习题课、辅导答疑，及时地解决学生中的疑难问题。教研室要不断鼓励教师积极进行教学改革，不断提高《生物物料学》课程的教学质量。绪论（共3页，第1页）

现代农业中已日益普遍地采用机械学、热学、电学、光学、甚至声学等各种找术和方怯来处理和加工农产品（包括植物和动物物料）。为使这些新技术能在生产中得到较好的应用，必须充分地掌握农业物料的各种重要的物理参数和物理性质。农业物科学或农业物料物理特性（PhysicalPropertiesofAgriculturalMaterrials），即是由农业工程发展的需要在近几十年形成的一门新学科。它是运用近代物理学理伦、技木和方法，研究农业物料的物理性质以及各个物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科。它是物理学、工程学科和生物学各学科之间的桥粱，也是农业工程学科的基础。一、什么是农业物料？农业物料是指农业生产和加工的对象。它包括植物和动物物料，以及以它们为原料加工的半成品和成品。例如，谷物、种子、水果、蔬莱、烟叶、茶叶、饲料、鸡蛋、各种家禽及其它肉制品、植物油、奶油、番茄酱等等。

谷物

种子

水果蔬菜

茶叶

鸡蛋

植物油饲料农产品加工、农业生产作业中的各个环节，无不涉及农业物料的工程性质，由于农业物料多是生命体，有许多传统工程材料所没有的特殊性质，包括物理机械性质、热学特性、电磁辐特性质等。这些性质都和生物体的生命过程密切相关，涉及到它们的密度、变形及破坏，并涉及农产品的产量和质量，因而农业物料的工程性质已成为所有农业工程设计及研究人员必须了解的基础知识。二、农业物料学主要研究内容

农业物料学主要研究农业物料的基本物理参数、固体农业物料的流变特性、液体农业物料的流动特性、流体动力学特性以及热学、光学和电学特性等。由于农业物料种类繁杂、形态差异极大，因此本书主要研究农业物料各种带有共性的物理特性，为各种机械和系统，如生产、处理、贮藏、加工、包装、运输和质量检验等提供合理和可靠的设计依据。1.农业物料基本物理参数

包括物料的形状、尺寸、体积、密度、孔除率、表面积、比表面积和含水量等，它们在机械设计及产品分析中是不可缺少的最基本的原始数据和重要的工程参数。例如，在分析水果冷却曲线，用气力法从种予或谷粒中分离夹杂物；用气流或水流输送农业物料时都必须首先了解物料的形状和尺寸。在干草的干燥和贮存、青贮的机械压缩；颗粒饲料和草饼的稳定性研究以及物料成熟度和质量分析中均需要测定物料的密度。在气流和热流研究中常常要用到孔隙率、比表面积等数据。在研究植物一土壤一水的相互关系；确定农药和杀菌剂应用次数及残留物消除等都要了解物料的表面积。水果包装分级

粮食气流输送

喷洒农药2.农业物料的流变特性

农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动。对于农业物料大多是粘弹性体，所以往往要研究外力、形变和时间三者之间的关系。谷物和种子在仓中的强度、水果和蔬莱在长距离运输时受静态和动态的作用力而可能造成的破坏等都是与物料流变特性有关。通过对物料流变特性的研究，可为各种机械和设备的设计提供有用的设什依据，并可大大地减少物料的机械损伤和提高最后产品的质量。农业物料流变特性又为农产品的质地优劣评定提供了科学的方法，克服了主观评定中下可避兔的片面性和主观性。3.农业物料的流体动力学特性

农产品的装运和加工过程中经常将空气或水作为一种运载体，用以输送产品或分离夹杂物。用水流输送水果和蔬菜等一类农产品在生产中已得到日益广泛的应用，这是一种比较经济、对物料损伤较小的方法。农业物料流体动力学特性是研究物料和流体的相互作用；物料在流体中运动时的阻力和速度以及提供农产品流体动力学特性的基本数据。

分选

水力输送4.散粒物料的力学特性

在农业机械、加工机械和其它设备中经常需要处理各种散粒物料。所谓散粒物料是指由大量的尺寸大致相同的颗粒所组成的群体，如谷粒、颗粒饲料等。它们的力学牲质如休止角、内摩擦角、最大稳定角以及在各种材料表面上的动、静摩擦系数等将直接影响响这些设备的设计参数。因此，为了保怔这些设备（如谷仓）有足够的强度并能使物料在这些设备中畅快地流动，必须了解物料的这些基本的力学性质。。

粮仓

茶叶平捻机拣梗机

小麦螺旋输送机二、农业物料学主要研究内容

5.农业物料的热学特性

以植物和动物为原料的许多农产品，在销售到消费者之前将经受到各种类型的热加工。热加工包括加热、冷却、干燥和冷冻等。产品温度改变在很大程度上是与它本身的热特性有关。

对苜蓿和红三叶草等硬种子可应用适当的热处理使其变得容易渗透水分。将这些种子在温度为104℃下加热4分钟，可使硬种子数量大约减少了80%。在对种子进行热处理时，它的比热是一个重要的物理特性。如果热处理时超出了种子允许的极限温度和加热时间则它的发芽率和生长力将会受到影响。

对小麦，玉米和豆类作物种子进行热处理是促进其发芽的一种很有效的方法。采用非传导加热可使棉籽中的酶完全失去活性，防止了种子在贮藏期间的损坏。葱头在40℃到60℃温度范围内贮藏时可使引起腐烂的霉菌消失。桃子的热处理可延迟其腐烂时间和延长其保质期。引起水果和蔬菜变质的酶和微生物的作用可以采用低温办法加以控制。例如，新鲜产品在32℃时如果只要1小时就产生变质的活，则产生同样变质在10℃时需要1天，在0℃时需要1星期。

谷物洪干塔

谷物干燥机

冷冻草莓6．农业物料的光学特性目前，农产品的光的透过和反射特性已用于电子分选和分级、成熟度和表面颜色测定以及研究水果和蔬菜的内部特性。以物料的光透过特性和光吸收为基础的方法已用于测定番茄内部颜色、小麦黑穗含量、水果成熟度、马铃薯内都变色、鸡蛋内的血点、苹果的水核、种子含水量、樱桃的汤伤和玉米损伤等。光的反射特性可用于分级和分离夹杂物例如，马铃薯和土块的反射能力差异较大，因此可根据光反射率的不同将两种物料分开。对柠檬的光反射率曲线研究表明，在水果成熟的各个时期其反射率有不同的变化，已根据这个特性研制了颜色分选机。

电子分选机

大小颜色及形状分选

水果测试贴纸标签变色分辨水果成熟度7.农业物料的电学特性农产品的一些电特性如电导性、电阻、电容和介电常数等在加工过程中是重要的物理特性。电阻和电导已被广泛地用于表征生物组织的导电性，也反映了生物体生命力的大小。电导和电容已用于谷物含水量测定。电阻法已用于精确地测定棉花纤维长度分布以及羊毛的细密度。生物物料的电阻值可用来检验诸如果实成熟度；选用抗寒性嫁接材料等。桃子的阻抗随成熟度提高而增大，在完全成熟时果肉阻抗达最大值，随之又逐惭下降。利用该特性研制的桃子成熟度检测仪要比用果实大小和色泽方法检验不仅更可靠，而且可为果实的收获和贮藏设备直接提供成熟度的定量指标。静电分离原理已用于分离和精选种子，特别是对于小粒种子有明显效果。静电分离可选出高电阻、高电容的种子，而这佯的种子一般都是成熟度高，生命力强的种子。试验表明，静电分离基本上是与种子尺寸、形状、质量和表面状况有关。如果用尺寸、形状、表面状况等特性无法将种子和夹杂物分离时，则可考虑采用静电方法来分离。

糖度计

核子密度含水量测定仪

油水分离器此外，利用红外线的热效应和穿透能力，通过散发水分而获得均匀干燥；进行杀虫灭菌快速地测定谷物、饲料、烟草等农产品的品质和主要成分；利用远红外探测器可探测森林灾情、作物长势和预报病虫害等。紫外辐射具有光激发光现象，根据种子细胞和化学成不同，在紫外光照射下发不同色的光，检验外观相同的种子纯度，剔除受霉菌（包括五米黄曲霉素）感染的谷物，紫外辐射对动、植物有较强的生化反应强度适当的照射能促使维生素D的转化，强度过大只用于对禽畜舍消毒和饮用水杀菌。微波的反射、折射、散射和吸收作用比短波显著，利用其辐射的热特性和生物效应，有利于干燥，表现为透入物料内都的能量会被物料吸收而转化为热能。进行加热干燥、杀灭食品和谷物的有害微生物，恰当的剂量下可激活细胞，处理种子时会增加发芽率。X射线和放射性同位素波长比紫外线还短，穿透力也强。γ射线穿过农业生物有机体时，会使其中的水和其它物质电离，生成游离基或离子，从而影响到有机体的新陈代谢。用γ射线辐射处理可推迟果菜的完熟期，抑制块根、块茎和鳞茎的发芽和延缓蘑菇的破膜开伞。

红外干燥

紫外杀菌

微波食品干燥杀菌设备综上所述，农业物料物理特性在农业工程的各个领域中有着广阔的应用前景，为各类机器、设备的设计和改进提供原始数据，为发展以植物和动物为原料的新消费品提供依据，为评定和控制产品的最后质量提供新的方法。第一章基本物理参数第一节形状和尺寸谷物、种子、蔬菜、水果、鸡蛋、饲料以及纤维等农业油料的基本物理参数；如形状、尺寸、体积、密度、孔隙率、表面积和含水量等在许多设计和研究中有重要意义。

草莓

梨

萍果

蔬菜

小麦玉米大麦饲料在设计收获、输送、分级、清选、干燥、冷却、贮藏、加工等机械和设备时，都必须首先了解这些最基本的物理参数。收获分级

输送

贮藏

秸杆加工

水果加工线蔬菜加工线

返回第一章基本物理参数第一节形状和尺寸农业物料的形状大多是不规则的。按其形态来说，有块体(如水果、块根等)、粒体(如种子和谷粒等)、粉体(如面粉和饲料等)以及茎叶体等。由于农业物料形态差异很大，所以难以用统一的方法定义物体的形状和尺寸。此外，由于栽培和饲养条件、气象条件、含水量等不同，即使同一个品种或同一棵植株上的果实或谷粒，它们的形状也是各不相同的。目前采用的方法大部分是根据研究者的实际需要而自行定义的。一、图形比较法

图形比较法是将物料的纵剖面和横剖面的形状绘制成图并和标准图形进行比较，以确定物料的形状。这种方法适用于较大的物料，如水果和蔬菜等。下图是苹果和挑子的标准图形。图中描述水果和蔬菜形状的术语：圆形——接近于球体；扁圆形——柄端和顶端是扁平的；长椭圆——垂直直径大于水平直径；圆锥形——朝顶端方向其尺寸逐渐变小；卵形——鸡蛋形且柄端处较宽；歪斜形——连接柄端和顶端的轴线是倾斜的；倒卵形——倒转的卵形，椭圆形——接近于椭球体；平头形——顶端和柄端两处是方形或扁平的；不对称——两半大小不相等。第一章基本物理参数第一节形状和尺寸二、用类似的几何体表示

如物料的形状和球体、立方体、圆往体等一类规则几何体相类似时，则可用相类似几何体来表示物料的形状和尺寸。1.长球体，它是由椭圆绕其长轴旋转时形成，如柠檬、哈密瓜等。

2.扁球体，它是由椭圆绕其短轴旋转时形成的，如葡萄、柚等。

3.截头正圆锥体或圆柱体，如胡萝卜和黄瓜等。

哈密瓜

柚

胡萝卜判别形状以后，它的体积和表面积可以用相应的公式计算．体积和表面积按公式估算后，用实验方法确定物体的实际体积和表面积。求出计算值和实测值之间的比例系数，从而确定各种农产品典型形状的校正系数。第一章基本物理参数第一节形状和尺寸三、形状指数形状指数是把物体的实际形状与基准形状，如球体和圆等，进行比较的一个物理量。1.圆度圆度(roundness)是表示物体角棱的锐度。它表明物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异程度。2.球度球度是表示物体实际形状和球体之间的差异程度。Sp=de/dc

式中：Sp——球度，%；de—与实际物体体积相等的球体的直径，m；dc—实际物体最小外接圆走私或物体的最大直径，m。假定物体的形状为三维椭球，它们和三个座标轴的截距分别为a、b和c，外接球的直径是椭球的最大截距e，则根据上述定义球度s为：三维椭球的球度为三个轴向尺寸的几何平均值与最大轴向尺寸之比值。经测定表明，苹果、桃子和梨等水果的球度为89—97％。球度数值愈大，说明物体形状愈接近于球体。第二章固体农业物料的流变性质第一节理想物料的流变特性

教学内容：一、理想弹性体的流变特性二、理想粘性体的流变特性三、理想塑性体的流变特性

第二章固体农业物料的流变性质第一节理想物料的流变特性农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动，以及负荷作用的时效。流变特性用戍力、应变和时间三个参数表示。我们把研究物体形变和流动的科学称作流变学。物体在外力作用下产生变形，其表现形式为变形和流动，其中流动又可分为粘性流动和塑性流动，所以弹性、粘性和塑性是描述固体农业物物料流变特性的三种基本性质。

理想弹性体——虎克体

理想粘性体——牛顿流体

理想塑性体——圣维南体

研究时常以上三个理想体的不同组成合建立实际物料的流变模型。一、理想弹性体理想弹性体中应力和应变是成正比的，如图所示。当理想弹性体受到外力作用时其应变立即达到相应的最大值，并且不随时间而变化，我们称这种应变为瞬时弹性应变。当外力消除时应变立即全部消失，且卸载历程和加载历程完全重合。所以，我们把理想弹性体又称作线性弹性体。理想弹性本应力应变关系可用虎克定律表示如下：E=σ/ε式中：E——弹性模量

σ——拉伸或压缩应力

ε——拉伸或压缩应变图理想弹性体流变学特性当理想弹性体受到剪应力时，其剪切模量可由下式求出G=τ/γ式中：G——剪切模量

τ——剪切应力

γ——剪切应变当理想弹性体受到静液压力作用时，体积模量由下式求出K=P/εV式中：K——体积模量

P——静液压力

εV——体积变化第二章固体农业物料的流变性质第一节理想物料的流变特性二、理想粘性体

液体阻碍或抵抗自己流动的性质称为粘性。流体在静止、流动状态下都具有粘性，但只有在流体流动时才能显示.随流体状态的不同，粘性的差别非常悬殊.理想粘性体剪切应力和剪切应变成正比，即：τ=η式中：τ——剪切应力

η——粘度

——剪切应变速率

图液体在剪切作用下的层流图理想粘性体的流变学特性三、理想塑性体的流变学特性理相塑性体的应力和应变关系如图。物料在外力作用下，当剪切应力小于某个极限值时物料不会产生剪切应就。当剪切应力达到该极限值时物料即产生剪切应变，只要保持这个剪切应力，剪切应变将不断增加，我们把这种形变称为塑性流动。这个极限值是物料能够产生应变的最小应力值，称为屈服应力。和粘性流动一样，当除去应力后理想塑性体的应变是完全不能钦复的，我们把这种不能恢复的应变称作残余应变或永久变形。理想塑性体：当σ<，ε=0当σ>，ε→∞

图理相塑性体流变特性

返回第二章固体农业物料的流变性质第二节粘弹性

任何实际物料和前面所讨论的理想物料往往有很大差别。这些差别主要反映在两个方：第一，固体的应力和应变关系式或液体的应力和应变速率关系式要比虎克固体或午顿液体的关系更复杂，第二，应力和应变关系可能与应变速速及应变对时间的高阶微分有关。1.粘弹性：物料的应力、应变、应变速率与时间相关产生的特性，既有液体的特性，又有固体的特性，是两种特性的综合。2.应力松驰：物料突然变形到给定值保持不变，应力随时间变化的函数关系。3.蠕变：物料突然受到一个给定应力值并保持不变，应变随时间变化的函数关系。实验证明，大多数农产品是粘弹性体。从现有及其有限的资料中看出，农产品是非线性粘弹住体。由于用一般的非线性粘弹性理论解释农产品流变特性方面的研究是很不够的；所以在研究农产品的流变特性时作了一些简化的假设，然后如工程材料那样用线性粘弹性理论来分析农业物料的流变特性。在研究农业物料线性粘弹性时，往往要研究两个重要性质，即应力松弛和蠕变。

第二章固体农业物料的流变性质第三节流变模型和流变方程

教学内容一、流变模型的基本元件和流变方程二、麦克斯韦模型及其应力松弛三、开尔文模型和流变方程

第二章固体农业物料的流变性质第三节流变模型和流变方程在流变学研究中住往把前述的理想物体作为基本机械模型，并通过不同方式的组合来模拟物料实际流变特性。这些模型在某种程度上能定性地表示物料的流变特性。根据流变模型，最后可导出流变方程式，利用流变方程式可解释和预测在各种加载条件下物料的性质。农业物料不是简单的弹性体、粘性体、塑性体，单一模型不能表达物料的性质，必须将理想基本模型组合才能建立物料的流变模型。建立流变模型必须满足以下条件：(1)模型必须能预测任何应力—应变情况下的实际物料性质；(2)模型必须能适应拉伸和压缩应力及其对应的应变；(3)在实际物料中，当流变特性发生变化时必须能依据模型参数加以解释。一、流变模型的基本元件和流变方程在流变学研究中所采用的流变模型有三个基本元件，即弹性元件、粘性元件和塑性元件，它们分别代表虎克体、牛顿液体和圣维南体中的为和形变的关系。1.弹性元件

弹性元件用遵守虎克定律的线性弹簧表示，如图。流变方程如下：式中：——正应力

E——弹性模量

——正应变

图弹性元件2.粘性元件

粘性元件是用遵守牛顿粘性定律的阻尼器表示，如图所示。流变方程如下：式中：σv——正应力

η——粘性系数

——正应变速率

图粘性元件3.塑性元件

粘性元件是用遵守牛顿粘性定律的阻尼器表示，如图所示。流变方程如下：式中：σp——正应力

σv——屈服应力

图塑性元件

返回第二章固体农业物料的流变性质第三节流变模型和流变方程二、麦克斯韦模型及其应力松弛麦克斯韦模型（Maxwellmodel）由弹性元件和粘性元件串联而成，如图所示。韦模型在外力作用下，两个元件所受应力是相等的，总应变为两个元件应变之和。任意时刻应力松驰方程可写成下式：式中：——任意时刻t时的应力

——衰变应力

——平衡应力

图麦克斯韦模型麦克斯韦模型的应力和时间的函数关系画成曲线，即为应力松弛曲线，如图所示。

图麦克斯韦模型的应力松弛曲线

返回第二章固体农业物料的流变性质第三节流变模型和流变方程三、开尔文模型及其流变方程开尔文模型（Kelvinmodel）由弹性元件和粘性元件并联而成，如图所示。韦模型在外力作用下，两个元件的应变是相等的，总应变力两个元件所受应力之和。

当开尔文模型受常值应力（蠕变）时，因阻尼器不可能发生瞬时应变，具初始应变为零，此时流变微分方程式为：式中：——任意时刻t时的应变

σO——初始应力

E——弹簧的弹性模量

Tr——延迟时间

图开尔文模型将应变和时间的函数关系画成曲线，即为开尔文模型蠕变曲线，如图所示。

图开尔文模型蠕变曲线

返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定

教学内容：一、力和变形关系二、弹性参数及测定三、弹塑性参数及测定四、粘弹性参数及测定五、模拟试验第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定固体农业物料流变性质对于农产品的加工具有重要意义。好多研究者已广泛采用非生物物料所用的试验程序探讨农产品的流变特性，试图得到有关农产品的比较有意义和比较实用的数据。固体农业物料的流变性质的测定方法可分为两类，即基本试验和模拟试验。基本试验所测定的性质为物料本身所固有的，与样品的几何形状、载荷状况或使用的仪器等无关，例如弹性模量、泊松比、松弛时间等。适合于固体农业物料或食品的基本试验又可分为两种，即静态或准静态试验和动态试验。如用万能试验机测定物料弹性模量，则这种试验为准静态试验。模拟试验通常用来测定如穿透力、挤压能、结实度等参数，样品质量、几何形状、试验速度等对所测定的参数有直接关系。大量测定实例已充分证明，农业物料的流变特性是随品种、含水量、成熟度、尺寸和其它因素而变化的。一、力和变形关系农产品在运输和加工时，是在其自然状态下承受各种外力的作用。对物料在自然状态下进行力学测定是有意义的，这种测定可客观地提供工程分析和设计中有用的数据。可以利用力和变形数据及有关理论来计算一些意义明确的参数，如表现模量。有关完整无损的生物物料的力和变形资料大部分是经验数据。不是在分析计算基础上得到的。这些数据必须说明试件状态、试验程序、试件尺寸以及其它详细资料。

一般，农产品典型的力和变形关系如图所示。图中：

Y点称为生物屈服点(bioyieldpoint)，在Y点以后，力不再增加甚至有时还减少，而变形却在不断增加。在一些农产品中，生物屈服点的存在标志着物料中细胞结构开始破裂。生物屈服点可以出现在点LL以后的任何位置。

在点LL后偏离初始的线性区段，点LL称作弹性极限点(limitofelasticity)。

R点称为破裂点(rupturepoint)，在这位置时物料在轴向载荷作用下产生了破裂。破裂可能是由于外壳和外皮的裂口和破裂所引起的。

一般认为，生物物料中生物屈服点对应于微观结构的破坏。而破裂点对应于宏观结构的破坏。破裂点可以出现在曲线上生物屈服点以后的任何位置。脆性物料中破裂点可能出现在曲线的初始阶段。韧性物料中破裂点可能在大量的塑性流动以后才发生。

返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定二、弹性参数及测定弹性试验是把农业物料近似地看作虎克体(施加的力或变形应尽可能的小)。如弹性模量、剪切模量、体积模量、泊松比等。各种农业物料或食品，如水果、蔬菜、饲料、谷粒、蛋壳等压缩试验已表明，在这些物料中即使在非常小的应变时，也显然不存在虎克弹性。右图为坚硬胚乳干玉米粒在加载和卸载的第一循环时的应力和应变关系曲线。

由图可知，在卸载时存在有一定的残余变形。对大多数食品和农业物料来说，这类应力和应变关系曲线是很典型的。把农业物料视作弹性体作试验，其所得流变参数必然会产生相当大的误差。弹性参数及测定主要包括轴向压缩和拉伸试验、剪切试验、弯曲试验、体积压缩试验、接触应力试验等。

返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定二、弹性参数及测定1.轴向压缩和拉伸试验压缩和拉伸试验只是施加应力的方向相反。从目前报道的资料来看，压缩试验资料要比拉伸试验资料多。这一方面可能是由于准备拉伸试验的试件较困难，拉伸试验时试件夹紧较复杂；另一方面是因产品的机械损伤通常是由于压缩载荷而引起的。

生物物料进行轴向压缩试验时的基本要求是与工程材料相同的。要求：施加的载荷应是同轴的、不能使试件产生弯曲应力；试件长度和直径之比要合适，以保证试件有足够的稳定性和防止压弯作用。

在确定苹果、马铃薯、干酪和奶油等物料弹性模量时，通常是将它们制成圆柱形试件并在两个平行的刚性平面之间进行压缩试验。对于玉米、小麦和豆子等谷粒可以把两端切去做成试件。横截面积可用千分尺测量。弹性模量互可用公称应力和公称应变之比求出：E=（F/A）/（dL/L）式中：E——弹性模量

F——施加的外力

A——试件初始横截面积

dL——在外力作用下的变形

L——试件的初始长度生物物料中即使在非常小的应变情况下总是有部分变形是不可恢复的，所以应力和应变的关系曲线是非线性的。在曲线的不同位置可得出不同的弹性模量值。可依据原点正切模量、割线模量和正切模量来定义物料弹性模量，如所示。这时求出的弹性模量称作表现弹性模量，并且需说明求弹性模量值时对应的应力或应变的大小。原点正切模量是通过原点的切线斜率。割线模量是原点和曲线上任意选取的A点连线的斜率。正切模量是曲线上所选定的点月的切线斜率。

在拉伸试验中最大问题是夹紧装置。生物物料的形状、尺寸以及有生命组织中存在水分和柔软性。拉伸试验时在夹紧、直线对准、纵轴的对称性、应力集中、轴向加栽时产生弯曲应力等方面造成了极大的因难。有关农业物料的拉伸试验研究较少。部分科研成果如下：

返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定二、弹性参数及测定2.剪切试验农业物料的弹性试验中有不少剪切试验的例子。有些实验并不是真正的剪切，而实际上是一个切割过程。为研究水果的成熟过程，曾测定了苹果、梨等果肉的剪切强度。其方法是从一片水果的果肉上冲剪下一个圆柱体，这实际上是一种正剪切试验形式。

已知剪切力F，实心圆柱体冲模直径d及果肉厚度t，则剪切强度S可由下式确定：S=F/πdt水果成熟时，果胶物质的变化使得细胞变得松软。水果未成熟时，细胞沿剪切面彼此紧密地粘结在一起，在剪切作用下而撕离。当水果成熟时粘结剂是柔软的，这些细胞彼此并排地滑移而不产生撕离现象。水果在不断地成熟过程中，果胶物质不断地分解，细胞联结力减弱，剪切强度减小。图为苹果成熟过程中压缩强度和剪切强度的变化。返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定二、弹性参数及测定3.弯曲试验由于物料的自重或在梁上附加一个小的集中载荷而使梁产生弯曲下垂。如果一个简支梁，已知载荷和挠度，则可用下式计算出弹性模量：E=FLL/48ID式中：E——弹性模量

F——梁中部的集中载荷

L——梁的有效长度

I——惯性量

D——梁中部的挠度返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定三、弹塑性参数及测定弹性是指物料产生弹性变形或恢复变形的能力。塑性是指物料产生塑性变形或永久变形的能力。生物物料没有一种是理想的弹性体。不管载荷的大小，在第一次加载和卸载以后似乎总是保留某些残余变形。我们把这种既有弹性又有塑性的物体称作弹塑性体。当物体施加一定的载荷，然后卸除载荷，弹性变形(De)和塑性变形与弹性变形之和(Dp十De)的比值，我们称作弹性度(degreeofelasticity)。如图所示。弹性度愈大，物体恢复变形能力愈强。理想弹性体的弹性度应为1，弹塑性体的弹性度均小于1。

生物物料经数次加载和卸载试验表明，物料中塑性变形或残余变形减小。出现了如金属材料那样的硬化现象，如图。

由图可知，第一次卸载曲线的斜率和其后各次卸载曲线的斜率相比，没有发生变化。这个现象表明，如果根据力F和弹性变形D来计算弹性模量时，弹性模量不受硬化的影响。如物料在加载和卸载过程的一个完整循环中形成一个封闭的环扣，则这个特性称作弹性滞后。如有残余变形则称作弹塑性滞后。在加载和卸载过程中，这两种情况都会造成能量损失，这种能量损失称作滞后损失，它的数值与加载功和卸载功的差有关。返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定四、粘弹性参数及测定研究农业物料粘弹性和确定它们在已知变形和已知载荷作用下的应力、应变和时间之间的关系，可采用多种试验方法。如前所述，若应力或应变保持得足够小，我们可以认为，物料具有线性粘弹性的假定是正确的。这些重要试验包括：应力一应变、蠕变、应力松弛和动态试验等。1.随时间而变的应力和应变关系农业物料的应力和应变关系实际上是随加载速率而变的。图表示了水果的结实度(firmness)读数受加载速率的影响。

由图可知，曲线的初始部分与试验的加载速率无关。在一定的位置后根据加载速率的不同，曲线产生了分离。同时还可看出，在大的变形时，力或应力逐渐趋近于一个极限值，力和变形关系曲线变为水平。加载速度愈快，力或应力的极限值也愈大。

农产品在外力作用下，通过应变速率显示出它们存在这种时效现象。在评价农产品质量时，如肉的鲜嫩度、谷粒的硬度、水果和蔬菜的结实度时，其压缩试验机在进行试验期间必须保证提供不变的加载速率。弹性元件的弹性模量E即为应力--应变曲线初始部分的斜率，它与加载速率无关。在较大应变时曲线斜率随加载速率R而变化。在大的应变时，曲线趋近于水平，应力达到极限值R。根据极限应力值和加载速率即可得知麦克斯韦体中的粘性元件的粘性系数。返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定四、粘弹性参数及测定2.蠕变试验蠕变试验是将静载荷(应力)突然地施加到物体上并保持常值，测定变形(应变)和时间的函数关系。试验时所施加的力不能超出物料的弹性极限点，否则会引起大的应变，它将不再呈现出线性粘弹性。物料蠕变和卸载时复原的完整曲线如图所示。

一些农产品蠕变特性如下。

返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定四、粘弹性参数及测定3.应力松弛试验应力松弛试验，物料突然使其变形(应变)到一定程度并保持不变，以测定应力和时间的函数关系。和蠕变试验一样，在作应力松弛试验时应变必须保持非常小。对于水果要小于1.5—3％，对马铃薯甚至要小于1.5％。从应力松弛试验中得到的最重要的粘弹参数之一是应力松弛时间。松弛时间是麦克斯韦体中应力衰减到初始应力的1／e所需要的时间。

一些农产品水果应力松驰特性实验方案与结果如下。

返回第二章固体农业物料的流变性质第四节固体农业物料流变性质及测定五、模拟试验目前，评价食品质地的方法主要有主观评价和客观评价两种。主观评价是由食品质地品评小组的感觉印象。用仪器对质地评价主要有基本流变特性试验和模拟试验两种。基本流变特性试验是测定其应力、应变和时间的关系，并将其流变特性和某种质地之间的相关性进行分析。

模拟试验是设计一种或多种机械试验，模拟人嘴的咀嚼作用成人手的触觉，作为评价食品质地的工具以代替人的感官评价。已设计并推广了许多仪器用于测定食品的质地，如剪切压力仪、凝胶仪、压缩仪、柔软度仪、嫩度仪、纤维度仪、成熟度仪等等。

压力仪的标准试验盒是由金属制成，一组10把刀片固定在压力仪的传动端上，每把刀片厚度为3mm，宽度为42mm，间隔为3mm。食品放在盒内，刀片通过盒盖上的缝隙进入盒内，首先压缩食品，最后通过盒底的缝隙。剪切压力仪最初用于新鲜蔬菜的质量评价，以后又用于测定牛排嫩度等。现在，剪切压力仪已几乎作为标准仪器用于水果和蔬菜成熟度和质地的测定。

图是Warner—Bratzler剪切仪。它是美国用于测定肉的嫩度的，是使用最广泛的一种仪器。试验装置是由一个不锈钢薄刀片及二个剪切板组成。试验装置可固定到万能试验机上，并记录力和位移。大量试验证明，肉的嫩度和该仪器测定值之间有良好的相关性。图是结实度仪。该装置首先在物料上施加预应力，加上载荷后测定在给定时间内物料的变形。右边配重是给样品施加预应力，以保证样品和测试装置间有良好的接触。左边配重使样品在给定时间内变形。在给定时间后使其制动，停止在样品上施加变形力。力是通过滚子链、平表面和玻璃纤维带作用到物料上，如苹果、洋葱、番茄等。施加到物料上的力沿物体四周是均匀的。它模拟用手握水果和蔬菜测定结实度的方法。返回第三章液体生物物料的流动特性第一节液体农业物料的流动特性

教学内容：一、牛顿流体及粘度二、准粘性流体和表观粘度三、塑性流体和准塑性流体四、触变性和胶变性流体

第三章液体生物物料的流动特性第一节液体农业物料的流动特性液体农业物料是指在重力作用下会产生流动并且不能保持其形状的物料。例如:蜂蜜

果酱牛奶

植物油

果汁生产

花生油生产

牛奶生产在设计和选择各种液体农业物料如蜂蜜、萍果汁、牛奶等加工和输送设备时，必须首先了解这些物料的流动性质。各种液体农业物料可呈现出截然不同的流动特佐。同一种液体农业物料在不同的加工过程中如加热、冷却和浓缩等，其流动特性会发生很大变化。在设计这些加工工艺时我们必须考虑流动特性的变化。本章主要付论各种液体农业物料和食品的流动特性及具测定方法。

液体的流动性用流动曲线表示。流动曲线是表示液体所受剪切力与剪切速度之间的函数关系。

液体按其性质可分为：牛顿流体：剪切力与剪切速度之间为线性关系。非牛顿流体：剪切力与剪切速度之间为非线性关系。非牛顿流体分类如下:图流动曲线

返回第三章液体生物物料的流动特性第一节液体农业物料的流动特性一、牛顿流体及粘度牛顿流体：剪切力与剪切速度之间为线性关系。即:式中:τ——剪切力；η——粘度；——剪切速度。

图牛顿流体流动曲线液体的粘度与压力与温度有关。1）温度升高，液体的粘度下降；2）压力（高压）升高→液体的粘度上升3）溶液浓度增加，液体的粘度增加。

返回第三章液体生物物料的流动特性第一节液体农业物料的流动特性二、准粘性流体及表观粘度1.准粘性流体：剪切力与剪切速度之间的关系为过原点的一条曲线。τ=K式中:τ——剪切力；n——流动特性指数；——剪切速度。准粘性流体流动曲线如右图。当n>1时，为假塑性流体，其物料如：蛋黄酱、血液、番茄酱、果酱、高分子溶液等。

当n=1时，牛顿流体；

当n<1时，为胀流性流体，其物料如：浓淀粉液、釉浆等。

图准粘性流体流动曲线

2.表观粘度：将准粘性流体在某一剪切速度下剪切应力与剪切速度的比值称为该剪速度下的表观粘度，记作式中：——表观粘度

——对应于的剪切力

——对应于剪切速度

返回第三章液体生物物料的流动特性第一节液体农业物料的流动特性三、塑性流体及准塑性流体1.塑性流体：当流体受到的剪切应力超过流体的屈服应力时，流体产生流动，且剪切应力与剪切速度为直线关系，这种流体为塑性流体，也称宾汉姆体。式中:τ——剪切力；η'——塑性粘度；τy——屈服应力；——剪切速率。

图塑性流体流动曲线

准塑性流体流动曲线2.准塑性流体：当流体受到的剪切应力超过流体的屈服应力时，流体产生流动，但剪切应力与剪切速度不是直线关系，这种流体为准塑性流体。式中：KH——稠度指数；nH——流动特性指数。

返回第三章液体生物物料的流动特性第一节液体农业物料的流动特性四、触变性和胶变性流体1.触变性流体特点

(1)流体在搅拌过程中其表观粘度逐渐变小;

(2)在时间为零时剪切应力最大，随时间延长而逐渐减小，并稳定在某一定值;

(3)剪切速率愈大(即搅拌愈剧烈)，剪切应力变化愈大;

(4)一旦在某个时间停止搅拌，剪切应力就又到搅拌开始时的初始值。不同加水温度粉团的时间触变规律2.胶变性流体

(1)流体在搅拌过程中其表观粘度逐渐变大;

(2)在时间为零时剪切应力最小，随时间延长而逐渐增加，并稳定在某一定值;

(3)剪切速率愈大(即搅拌愈剧烈)，剪切应力变化愈大;

(4)一旦在某个时间停止搅拌，剪切应力就又到搅拌开始时的初始值。

返回第三章液体生物物料的流动特性第二节液体农业物料流动性质的测定

教学内容：一、细管法测定流动性原理二、旋转法测定流动特性原理

第三章液体生物物料的流动特性第二节液体农业物料流动性质的测定在液体农业物料加工中经常需要测定所加工物料的流动特性，其目的住往是为了用于质量控制、了解物料的结构以及加工工程方面的应用。流体流动性质测定方法根多，本节主要介绍细管法、旋转法和振动法的测定原理。一、细管法测定流动性原理细管法广泛用于各种流体的粘度测定，它可用于从10-4Pas的低钻度到105Pas的高粘度测定。测定原理虽同属细管法，但根据所测粘度范围、测定目的和测定条件等，设计和使用下同结构的粘度计。用于测定较低粘度液体可用玫璃毛细管粘度计，较高粘度或非牛顿流体测定时可用加压型细管粘度计。玻璃毛细管粘度计、加压型粘度计如图所示。玻璃毛细管粘度计一般是U形管。加压型粘度计是在毛细管粘度计上加外部压力的方式，当用于牛顿流体的粘度测定时，通过改变各种外部压力，只用一支粘度计就可以作大范围的粘度测定。因此，经常用它测定牛顿粘度和非牛顿流体的流动曲线。在细管粘度计内流体受外力作用而通过细管，其粘度可根据流量、外加压力和细管几何尺寸确定。在一定外加压力下，流体粘度愈高则流体在单位时间内流量愈小，只要比较其流量大小即可比较其粘度大小。

返回第三章液体生物物料的流动特性第二节液体农业物料流动性质的测定一、细管法测定流动性原理(一)用细管法确定流动曲线的各参数牛顿或非牛顿流体在半径为R、长为L的细管中层流，如图所示。图中虚线表示一个假想的圆柱形流体柱，在管子两端的压力差△P作用下流动。如果流动是稳定的，管壁和端部影响忽略不计，则阻碍流体流动的粘性力等于在流动方向引起圆柱移动的力。根据这个关系可得出以下方程式τ(2πrL)=△P(πr2)式中：τ——离管予中心线半径为r处流体所受的剪切应力；

r——离管子中心线距离；

△P——外加压力。管壁R处，v=0，剪切应力最大，其值为对于牛顿流体，管内速度分布方程：体积流量为剪切应力最大值为管壁处剪切速度各类流体在管内层流时的速度分布曲线如下图。

图各类流体在管内层流时的速度分布曲线

返回第三章液体生物物料的流动特性第二节液体农业物料流动性质的测定一、细管法测定流动性原理(二)用细管法测定流体的流动曲线对于已知流体流动曲线及表示流动特性的方程式，代入下式求得。

准粘性流体：

塑性流体：对于流动曲线未知的流体：

返回第三章液体生物物料的流动特性第二节液体农业物料流动性质的测定二、旋转法测定流动特性原理在旋转式粘度计内，流体受到外扭矩作用而旋转，其粘度可根据旋转部件角速度、外扭矩和仪器的几何尺寸而确定。流体粘度越高，则旋转部件产生相同角速度所需外扭矩就愈大，只要比较其扭矩大小，即可判断其粘度大小。旋转式粘度计有旋转圆筒式、旋转圆板式和旋转锥板式各种不同类型的粘度计。同轴圆筒式又可分为内简旋转式、外简旋转式等数种。旋转法可连续改变旋转角速度，测定各种剪切速度下的剪切应力，从而求得各种流体的流动曲线。(一)同轴旋转式粘度计同心圆简式粘度计如图所示，在华径为R0的外圆筒里同轴地安装了半径为Ri的内筒，在其间阳中充满了待测的液体。如果外筒固定，内筒旋转，圆筒间的流体流动为层流，液体和圆筒表面无滑动，两个圆筒无限长，则在稳定流动状态时外加扭矩等于流体中的反扭矩，并可建立以下关系式M=2πr2hτ式中M——外加扭矩；

r——离旋转轴的距离；

h——内圆筒浸入流体中的高度；

τ——半径r处流体间的剪切应力。内筒和外筒的剪切应力剪切速度：1.同轴圆筒粘度计测定流动曲线中各参数

牛顿流体：对于准粘性流体、塑性流体，将实验数据代入均通过相应的公式，确定各参数即可。2.同轴圆筒粘度计测定流动曲线当内外筒直径差较小时，即Ri/Ro>0.97时,圆简部剪切应力与剪切速度均可视为相等，则：

返回第三章液体生物物料的流动特性第二节液体农业物料流动性质的测定二、旋转法测定流动特性原理(二)旋转板式粘度计旋转圆板式粘度计是在平行放置的两个圆板之间装满液体，当使其中一个圆板以一定角速度旋转时，测定作用于圆板上的粘性力矩而求粘度。旋转圆板粘度计的构造原理如图所示，其上板由弹簧支撑，下板以一定角速度旋转。若板间距离为h，下圆板以角速度ω旋转。圆板间流体流动为层流，在圆板表面流体没有滑动。在距离旋转中心轴为r处，与上圆板相接触的流体流速为零，与下圆板接触的流体流这为rω，则在半径为r处的圆筒面上流体剪切速率为半径r的r+dr圆环内流体作用于圆板上的力矩dM为

圆板周围的剪切速度与剪切应力为

返回第三章液体生物物料的流动特性第二节液体农业物料流动性质的测定二、旋转法测定流动特性原理(三)旋转锥板式粘度计锥板式粘度计由直径相同的一个圆锥和一个圆板组成，如图所示。间隙中装满液体，平圆板和圆锥的任何一方以一定角速度旋转。平圆板和回锥面之间夹角θ很小，一般为3度或更小，此时可认为θ＝sinθ=tgθ。若平圆板以一定角速皮ω旋转，在距旋转中心轴为r而且与平圆板相接触的流体以rω速度旋转，该部分试料的厚度为剪切速度为半径r的r+dr圆环内流体作用于圆板上的力矩dM为

圆板周围的剪切速度与剪切应力为

返回第四章农业物科的流体动力学特性第一节阻力和阻力系数

教学内容：一、球体的阻力系数二、平板的阻力系数三、其它形状物体的阻力系数

第四章农业物科的流体动力学特性第一节阻力和阻力系数在农业工程中以空气或水作为载运体，利用流体动力学原理对农业物料进行加工、输送和分离是比较常用的方法。这时，固体物料存在于流体之中，并受到来自流体的力的作用。因此，了解农业物料流体动力学特性是十分必要的。绕机翼翼型运动的气流方向有所变化，在其上表面形成低压区，在下表面形成高压区，产生向上的合力，并垂直于气流方向，在产生升力的同时，也产生了阻力，风速有所下降。当流体流过固体时，固体物从流体中获得能量，使固体受到两种力，一种是阻力，另一种升力。

阻力型风力机工作原理作用在叶片上的力

叶片翼型上压力分布流体对物体的阻力是由摩擦阻力和形面阻力组成。摩擦阻力为作用在物体表面上的切向力沿相对运动方向上的总和。形面阻力或压差阻力是由于流体的附面层在物体后部产生分裂而形成涡流，使后部的压力降低所致，其数值为作用在物体表面上所有压力沿相对运动方向上的总和。在层流或低速流动中，流体的密度变化不大，粘性作用支配着流体的流动，形面阻力可以忽略不计。在紊流或高速流动中，流体受压缩而不受粘性作用支配，摩擦阻力可忽略不计，形面阻力占主导地位。流体的阻力可按下式计算：Fr=0.5CAρv2式中：Fr——阻力，其值为物体处于临界速度时的重力；

A——物体在垂直于相对速度方向上的投影面积；

v——流体和物体的相对速度；

C——阻力系数，与物体的形状、表面状态和雷诺数有关，一般由实验确定。

返回第四章农业物科的流体动力学特性第一节阻力和阻力系数一、球体的阻力系数阻力系数与流动的流动状态有关，即与雷诺数有关：雷诺数Re：式中:d——物体的特征尺寸；ρ——流体的密度；η——流体的粘度；v——流体相对物体的相对流速。阻力系数与Re的关系可分为以下四个区域讨论。1.当Re≤1时：阻力主要是流体的粘性摩擦力，此时α=24，k=1阻力Fr为：式中：d——物体的特征尺寸；η——流体的粘度；ρ——流体的密度；v——流体相对物体的相对流速。2.当1<Re<1000时：附面层与球面脱离，存在形面阻力。阻力既有流体的粘性摩擦力，又有形面阻力，此时α=10，k=0.5阻力Fr为：3.当1000<Re<200000时：形面阻力远大于粘性摩擦力，此时C基本为一常数，α=10，k=0。阻力Fr:4.当Re>200000时：阻力系数C下降，降至原数值的1/4-1/5。

返回第四章农业物科的流体动力学特性第一节阻力和阻力系数二、平板的阻力系数1.板面与流速方向垂直时：当雷诺数较大时，阻力系数为一常数。球体和圆盘的阻力系数随Re变化关系如下图。2.板面与流速方向平行时，对于层流附面层的平板，阻力系数由下式求出：对于紊流附面层的平板，阻力系数由下式求出：对于附面层为层流转变为紊流的过渡区，阻力系数由下式求出：

返回第四章农业物科的流体动力学特性第一节阻力和阻力系数三、其它形状物体的阻力系数具有弧形轮廓表面的物体，如圆柱体、椭球体等，阻力系数C与Re也存在类似于球体的关系。无限长圆柱体与部分谷物阻力系数C与Re的关系如下图。

返回第四章农业物科的流体动力学特性第二节液体农业物料流动性质的测定

教学内容：一、计算法确定物料的临界速度二、查表法确定物料的临界速度三、实验法确定物料的临界速度

第四章农业物科的流体动力学特性第二节液体农业物料流动性质的测定1.沉降速度：物料从静止的流体中自由下落，最终达到匀速向下运动，把这一速度称为该物料的沉降速度。2.悬浮速度：如果流体以物料沉降速度向上运动，则物料颗粒将会在某一水平上呈悬浮状态，把此流体速度称作物料的悬浮速度。显然，悬浮速度和沉降速度其意义不同而数值相同，把沉降速度和悬浮速度统称为临界速度。临界速度是物料流体输送和物料分离的一个重要流体动力学特性和设计依据。一个物料在静止的流体中向下运动时，当其达到临界速度的稳定状态下，如果物料的密度大于流体的密度，则物料将向下运动；如果物料的密度小于流体的密度，则物料将向上升起。如用气流分离某种产品时，例如要把麦粒从其它物料(茎秆和颖歪)中分离出来时，必须了解包含的全都物料的临界速度，以便确定良好地分离麦粒所需的气流速度范围。因此，临界速度已经在流体输送和物料分离方面作为物料的一个重要流体动力学特性加以利用。物料在静止流体中自由下落达到临界速度时，物料受到的流体阻力、重力和流体浮力将达到平衡，即

返回第四章农业物科的流体动力学特性第二节液体农业物料流动性质的测定一、计算法确定物料的临界速度1.球形物料的临界速度直径为d、密度为ρ的球形物料：质量为投影面积为当Re≤1时：C=24/Re,临界速度为当1<Re<1000时，临界速度为当1000<Re<200000时：C=0.44临界速度：

2.几种规则形状物料的临界速度3.不规则形状物料的临界速度当Re<50时:C≈C球，d=de。当Re>50时:C与C球相差较大，工程中将不规则物料简化为当量球体，用当量球体的临界速度加以修正后求得。当量直径：物料形状对临界速度影响很大。C不规则>C球，当物料达到临界速度时，由于不规则形状物料和当量球体所受重力和