Поколение Лед и Тепломассообмен Явления ввода воды в холодную ванну солевого раствора

Ледяная шуга широко используются в промышленности, и один особенно успешное применение является лед-скребков технологии ^{1, 2.} По сравнению с обычной пеной и твердых чушках, лед свинья может проходить через сложных топологий на большие расстояния из – за смазывающего эффекта жидкой фазы и возвышения точки замерзания , как некоторые из кристаллов льда расплавить ^{3, 4, 5} , Даже если свинья застревает, можно просто ждать, ледяной шуги, чтобы расплавить и возобновить процесс очистки позже. Этот метод очистки труб является дешевым и простым в использовании.

Фракция льда играет ключевую роль в выполнении ледовой свиньи. Для измерения ледяной фракции, можно использовать кофейник (французский пресс) , чтобы определить , является ли взвесь лед достаточно толстый ^6,"> 7. Ледяной фракции с высокой кофейник, как правило , 80%, требуется при проведении льда скребков. Недавние исследования в области онлайн обнаружения льда фракции показали , что обе электромагнитные и ультразвуковые волны подходят для работы ^{8, 9, 10, 11.}

Льда свиньи обычно производится с помощью льдогенератора Царапины поверхности от 5% -ного раствора NaCl (рассола). Он также является основным способом изготовления ледяной шуги в промышленности. Этот тип льдогенератора замораживает воду или рассол на холодную металлическую поверхность, как правило, гладкая 316 стальная поверхность, а затем циклически резаки частицы льда прочь. Интерфейсы жидкость-металл, очень сложны и зависят от широкого спектра факторов, которые необходимы для приготовления льда ^12. Интерфейс между неметалла и водой могут быть очень разными, и один особенно интересным примером является каолинит. KaolИнтерфейс санную-вода является особенным , потому что нет благоприятного льда структуры прилегающих к поверхности твердой, а скорее слой амфотерного жидкости подложки , что способствует льдоподобного водородными связями с образованием кластеров поверх него ^{13, 14.} Другой способ получения льда свинья требует дробления Premade ледяных блоков в то время как высококонцентрированный рассол добавляют одновременно. Для этого метода, система охлаждения может работать при значительно более высокой температуре кипения, так как ни одна точка замерзания успокоительное средство (ПФД) не добавляют до образования льда; она , следовательно , считается более эффективным из – за пониженной степени сжатия и уменьшенного мощности при заданной холодопроизводительности ^{15, 16, 17.}

Есть два других способа производства льда: производство льда из переохлажденной воды и положить хладагент и воду в прямом контакте <supкласс = "Xref"> ^{18, 19.} Метод переохлаждение предполагает нарушения метастабильного переохлажденной воды для генерации льда зарождение и рост. Самая большая проблема для этого метода является нежелательное образование льда, который может блокировать систему. Метод прямого контакта считается не подходит для ледяной скребков, потому что ни хладагента, ни смазочного масла разыскиваются в конечном продукте льдом.

Образование льда требует тепло- и массопереноса за счет скрытой теплоты плавления, вырабатываемые в процессе. Впервые он был обнаружен Osborn Рейнольдс в 1874 году , что транспортировка тепла и массы в газах сильно связаны и могут быть выражены в аналогичных математических формул ^20. Эта работа легла в пионерской работе по теме импульса, тепла и массообмена в жидкостях и несколько раз переиздавалась ^{21, 22.} Этот вопрос был изучен затемряд других, из обоих аналитических и эмпирических подходов для газов, жидкостей и расплавленного металла ^{23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33.} Помимо тепло- и массообмена, жидкость нуждается в активных центров, где могут развиваться дендритные рост льда. Современное понимание роста кристаллов льда использует Constructal закон, разработанный Адриан Бежан, чтобы объяснить , почему лед растет таким образом ^{34, 35, 36.}

Образование льда в рассоле сильно отличается от такового в чистой воде из-за наличия соли. Прежде всего, соль изменяет термодинамика жидкости и угнетает его точки замерзания. Во-вторых, соль не может растворяться в матрице со льдом (за исключением гидрогалит, которые могут образовывать только тогда, когда температура достигает точки эвтектики), и она отклоняется к объемной жидкости, когда лед начинает расти. Отказ от соли был обнаружен как в морском льду и льду изучал в лаборатории ^{37, 38.} Так как отклоненный высококонцентрированный рассол при температуре значительно ниже точки замерзания морской воды, как это происходит, лед растет на границе раздела между текущей рассола и покоящейся объемной жидкости. Эти ледяные сталактиты, также названные brinicles, были впервые обнаружены в Мак – Мердо, Антарктида и изучены экспериментально ^{39, 40, 41, 42.} В 2011 году BBC снят формирование brinicles в своей серии Frozen Planet"Xref"> ^{43, 44.}

В нашей лаборатории было обнаружено , что при движении задним ходом проточного и покоящихся жидкостей , когда вода подается в ванну с холодной рассолом, вода может превратиться в лед при правильных условиях ^45. Было установлено, что место, где вводится вода, поток реологию, и температура рассола и концентрация являются ключевыми факторами, влияющими на сколько льда может быть произведено. Общей целью данного исследования является изучение, если льдогенератор могут быть разработаны с помощью этого механизма для создания ледяной шуги, принимая во внимание, что повышенная температура испарителя и высокая скорость жидкость-жидкость переноса тепла может повысить эффективность использования энергии. Эта статья разделяет ключевые аспекты эксперимента.