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

Summary

Здесь мы приводим протокол для демонстрации генерации льда, когда вода вводится в холодную ванну рассола, в качестве вторичного холодильного агента, в диапазоне температур ниже температуры замерзания воды. Он может быть использован в качестве альтернативного способа производства льда для промышленности.

Abstract

Мы демонстрируем метод для изучения тепло- и массообмена и явлений замораживания в переохлажденной среде рассола. Наш опыт показал, что, при надлежащих условиях, лед может быть получен, когда вода вводится в ванну с холодной рассола. Для того, чтобы сделать форму льда, в дополнение к наличию рассола и смесь воды, скорость теплопередачи должен обойти, что массопередачи. Когда вода вводится в виде мельчайших капель на поверхность рассола, режим тепло- и массообмена является путем диффузии. Плавучести останавливает воду от смешивания с рассолом снизу, но, как лед становится всё гуще, он замедляет скорость передачи тепла, что делает лед труднее расти в результате. Когда вода вводится в рассоле в виде потока, ряд факторов, оказываются влиять на сколько льда может формироваться. температура рассола и концентрации, которые являются движущей силой тепло- и массообмен, соответственно, может повлиять на преобразование рати воды к льдуO; более низкие температуры ванны и концентрации рассола стимулировать больше льда с образованием. Реология поток, который может непосредственно влиять как на тепло и коэффициенты массопередачи, также является ключевым фактором. Кроме того, реологические свойства потока изменяет площадь контакта потока с объемной жидкостью.

Introduction

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.

Protocol

Внимание: Есть два ядохимикатов, метанол и этиленгликоль, используемые в этих экспериментах. Метанол может быть метаболизируется в организме человека, чтобы генерировать формальдегид, а затем в муравьиную кислоту или соли муравьиной кислоты. Эти вещества ядовиты для центральной нерв?…

Representative Results

На рисунке 1 приведено сравнение эффектов воды , вводимой на поверхности рассола водой вдувать через рассол. В сценарии "ледяная шапка", образовавшийся лед является твердой, потому что вода не смешивались много с объемной жидкостью. Разность температур и…

Discussion

Процесс генерации льдом с помощью рассола в качестве вторичного хладагента включает в себя комбинацию тепло- и массообмена. Если передача тепла больше, то образуется лед, пока вода не имеет возможность смешивать с объемной жидкостью. Было отмечено , что , когда происходит относительное…

Materials

DMA 4500 M	Anton Paar	81546022	Density Metre
GELATO Chef 2200	magimix	0036500504R13	Ice Cream Maker
280D	FREEZE MASTER	241-1441	Pipe Freezer
M17.5X2	BLUE ICE MACHINES	GK924	Slushy Puppy Machine
HH68K	OMEGA	140045	Thermometer
OHAUS	TS4KW	1324	Scale
ZFC321WA/BNI225	ZANUSSI	920672574-00	Freezer
EIS Heater Matrix	Vauxhall	214720041	Heat Exchanger
2500LPH	JBA	AP-2500	Pump
Glass syringe	FORTUNA Optima		100 mL
OAT concentrated coolant	wilko	P30409014	Ethylene Glycol
pure dried vacuum salt	INEOS Enterprise	1433324	NaCl Salt
Methylated Spirits	Barrettine	1170	Methanol