流变学中指出不满足牛顿黏性实验定律的流体，被定义为非牛顿流体，其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系。非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然中，食品工业中的酸奶就是一种典型的非牛顿流体。非牛顿流体的粘度，在特定温度下，除了依赖于剪切速率外，它还依时间而变化。此时，粘度不仅是剪切值大小的函数，而且也是剪切作用时间长短的函数，因此酸奶粘度在特定温度下是剪切率和时间两个变量的函数，即：

非牛顿流体的初态粘度μ、稳态粘度η、粘度损失率λ，以及剪切率γ 存在以下关系：

其中，Q为流量；D为管道直径。

通过在线粘度数据采集，利用不同剪切率下的初态粘度曲线、粘度损失率曲线和稳态粘度曲线，来确定上述非牛顿流体的介质参数，并在设计改进方案时利用这些介质参数进行模拟建模，进而确定适合该流体酸奶的最佳生产工艺参数，为降低初态粘度和平稳粘度间的差异提供客观数据依据。

数据采集前将清洗消毒过的恒压取样器安装在产品管路中，如图1所示，然后连接上无菌空气，确保在采用过程中，产品管道的压力与取样器内的压力基本一致。当酸奶在产品管道内，输送过程中，进行恒压取样酸奶，用于粘度值的连续数据采集样本。

图1 初态黏度曲线

本次酸奶研究进行数据采集的样本是来源于一款原味酸奶。在这款原味酸奶的生产过程中进行在线取得样品后，使用Rheomat 180连续获得多个粘度值。在20 ℃的条件下对样品测五次粘度，剪切率分别为15s-1、30s-1、64s-1、125s-1、250s-1，时间为1min，取样点根据实际情况而定，此次取样点为18个。以这些数据为数据源建立相应的曲线，可以得到相应的曲线方程。根据不同的曲线方程，我们可以得到原味酸奶产品的介质参数。见表1：

表1 酸奶产品介质参数

根据不同剪切率下的初态粘度曲线（X轴：剪切率；Y轴：初态粘度），我们可以得到两个介质参数值：

同样，根据不同剪切率下的粘度损失率曲线和稳态粘度曲线，我们可以得到其余4个介质参数值：

因此，此次取样的原味酸奶存在以下流体特性：

• 初态粘度：μ=21.452γ -0.6675

• 粘度损失率：λ=0.0116γ -0.2148

• 稳态粘度：η=25.854γ -0.8517

表2 酸奶黏度特征表

根据非牛顿流体的介质特性参数，在进行改进工艺的设计时可以模拟该产品在管道中的粘度损失，从而选择适合产品本身介质特性参数的改进方案。同样，在新工厂建设初期，针对产品特性参数，通过模拟粘度损失率、管径以及产品在管道中的输送时间，进而选择出合适的工艺参数，可以减少产品在生产过程中的粘度损失。例如原味酸奶在测得初态粘度的基础上，根据初态粘度曲线，确定管道中原味酸奶产品的剪切率，通过不同管径和产品输送速率和时间的对比，确定较优的生产工艺设计参数。

在数据采集和分析过程中，发现不同产品的介质特性参数存在较大的差异，这也要求工程设计人员，在改进生产工艺和新厂建设时，需要将相同特性参数的产品安排在一个车间区域内进行生产，而将特性介质参数差异较大的这些产品分到不同的生产加工区域里。