鴨蛋殼的力學特性及多孔超微結構的滲透特性研究.pdf

1、咸蛋加工在中國具有歷史悠久，將鴨蛋利用鹽水等浸漬加工成咸蛋，不僅口味更加獨特，而且能夠儲藏更久，緩解蛋品的季節(jié)性供需矛盾。在靜態(tài)下，咸蛋腌漬過程中的鹽水等通過蛋殼和蛋殼膜不斷向蛋內(nèi)滲透，蛋殼的品質(zhì)和超微多孔質(zhì)結構直接影響咸蛋的成熟周期。本文在深入了解國內(nèi)外相關文獻的基礎上，以白殼鴨蛋為研究對象，研究了鴨蛋殼的品質(zhì)，特別是力學特性和蛋殼的孔隙結構及滲透特性。首先對衡量蛋殼品質(zhì)的基本物理參數(shù)進行了測量，利用質(zhì)構儀對鴨蛋殼進行靜力學實驗，結合

2、理論分析和有限元的數(shù)值模擬研究，進一步研究蛋殼不同加載部位的力學特性；然后利用環(huán)境電鏡掃描獲取蛋殼的掃描圖像，結合圖像處理技術和分形理論等，研究蛋殼的微觀孔隙結構和多孔滲透傳質(zhì)特性；最后探索了禽蛋在腌漬過程中，溫度、壓強作用對蛋殼滲流物性參數(shù)的影響機理。主要研究結果如下：
　　 (1)利用TMS-PRO質(zhì)構儀對鴨蛋分別進行壓縮實驗和穿刺實驗，研究表明，鴨蛋在壓縮實驗過程中，探頭對蛋殼有向下的壓縮力，蛋殼長軸方向加載所能承受的最大

3、抗載要明顯大于短軸方向加載所能承受的最大抗載；在穿刺實驗過程中，蛋殼受到探針的剪切力和擠壓力，短軸處的最大抗穿刺力要略大于長軸加載時的最大抗穿刺力，且穿刺作用比壓縮作用更容易造成蛋殼的破損。
　　 (2)通過對鴨蛋基本物理參數(shù)和蛋殼靜力學特性的相關性分析表明，蛋重與長、短徑有一定的正相關性，而與蛋形指數(shù)沒有相關性；尖端的最大抗載與蛋重有一定的正相關性，而赤道和鈍端的最大抗載與蛋重沒有相關性；不同部位的最大抗載均與蛋形指數(shù)有正相關

4、關系，即鴨蛋越圓，抗載能力也越強；不同部位的最大抗載也與蛋殼厚度有正相關性，并且采用多項式模型來擬合蛋殼厚度與最大抗載之間的關系最為合適。
　　 (3)基于彈性薄殼理論的計算分析表明，鴨蛋在長軸頂點(尖頭)處抗壓強度最大。通過有限元法數(shù)值模擬鴨蛋的不同部位在不同載荷作用下的應力分布狀態(tài)，在相同載荷作用下，在短軸受載時蛋殼產(chǎn)生的內(nèi)應力大于長軸受載時產(chǎn)生的內(nèi)應力，也就是鴨蛋的長軸方向抗載能力更強。理論計算和數(shù)值模擬的結果都與實驗的結

5、果吻合，這也證明了禽蛋在運輸?shù)冗^程中常采取豎直放置的原因。
　　 (4)運用環(huán)境掃描電鏡和Image-pro Plus圖像分析技術相結合定量研究蛋殼孔隙微觀尺寸的大小，結果表明，同一蛋殼的鈍端處的孔隙平均面積、平均周長和平均直徑均大于尖端和赤道處的孔隙平均面積、平均周長和平均直徑；采用盒計數(shù)法和小島法分布測試了蛋殼孔隙尺寸分布的分形維數(shù)和孔隙截面邊界分形維數(shù)，結果表明，蛋殼的孔隙結構具有明顯的分形特征，且鈍端的孔隙尺寸分布比尖端

6、和赤道處的寬廣，孔隙所占據(jù)的面積更大，更利于蛋殼的滲透，但是孔隙形狀分布極其的不規(guī)則。
　　 (5)基于分形理論建立蛋殼的孔隙度分形模型和滲透率分形模型，研究表明，是否考慮蛋殼孔隙迂曲度對孔隙度和滲透率的影響極小。蛋殼的孔隙度趨近于O，這主要是由于蛋殼的最大孔隙直徑通常也只有約10μm。蛋殼的滲透率極低，屬于典型的低滲多孔介質(zhì)，其數(shù)量級約為10-8μm2，是蛋殼的一種固有屬性，它只與蛋殼的孔隙結構有直接的關系，但并不隨孔隙度呈簡