얼음 생성과 소금물의 차가운 목욕을 소개 물의 열 및 물질 전달 현상
Summary
여기서는 물 온도 범위 웰 아래 물의 빙점에서, 2 냉매로서, 염수 차가운 욕에 도입되면 얼음의 발생을 입증하는 프로토콜을 제시한다. 이는 산업 얼음을 제조하는 다른 방법으로 사용될 수있다.
Abstract
우리는 과냉 염수 환경에서의 열 및 물질 전달 및 동결 현상을 연구하기위한 방법을 보여준다. 본 실험에서는 물이 저온 염수 욕조에 도입 될 때 적절한 조건 하에서 아이스크림을 제조 할 수 있음을 보여 주었다. 염수 및 물의 혼합을 갖는 이외에, 얼음 형태를 만들기 위해, 열 전달 속도는 물질 전달의 우회한다. 물이 염수 표면에 작은 물방울의 형태로 도입 될 때, 열 및 물질 전달의 모드는 확산이다. 부력은 아래 염수와 혼합 물을 정지하지만, 얼음이 두껍게 성장, 그것은 결과적으로 성장하기 어려운 제빙 열전달 속도를 감속한다. 물 흐름의 형태 식염수 안에 도입 될 때, 여러 가지 요인을 형성 할 수있는 정도에 영향을 얼음 발견된다. 열 및 물질 전달의 추진력 브라인 온도 및 농도는 각각 물에 얼음 전환에 영향을 미칠 수 rati영형; 낮은 목욕 온도와 염수 농도를 형성하기 위해 더 많은 얼음 바랍니다. 직접 열 및 물질 전달 계수 모두에 영향을 미칠 수있는 유동 레올 역시 중요한 요소이다. 또한, 유동 레올 벌크 유체 흐름의 접촉 면적을 변화시킨다.
Introduction
아이스 슬러리 널리 산업에 사용되며, 특히 하나의 성공적인 응용은 얼음 피깅 기술 1, 2이다. 종래의 거품 고체 돼지에 비해 얼음 돼지 때문에 액상의 윤활 효과 및 결정이 3, 4, 5를 녹여 얼음의 일부로서 그 응고점의 높이의 장거리 복잡한 토폴로지를 통해 여행 할 . 돼지가 걸리면하더라도 번 단순히 용융 후 세정 처리를 재개 아이스 슬러리를 기다릴 수있다. 파이프 청소의이 방법은 저렴하고 사용하기 쉽습니다.
얼음 분획 얼음 돼지의 성능에 중요한 역할을한다. 얼음 분율을 측정하기 위해 하나의 얼음 슬러리 충분히 6 두꺼우면 결정하는 cafetière (프렌치 프레스)를 사용하여,"아이스 피깅을 행하는 경우> 7. 높은 cafetière 얼음 분획 통상 80 %가 요구된다. 온라인 얼음 분획 검출의 최근 연구는 모두 전자 초음파가 작업 8, 9, 10, 11에 적합한 것으로 나타났다.
얼음 돼지는 일반적으로 5 중량 %의 염화나트륨 용액 (염수)로부터 긁힌 표면 제빙기에 의해 이루어진다. 또한 산업에서 얼음 슬러리를 제조하는 주요 방법이다. 제빙이 종류의 냉 금속 표면, 전형적으로 316 매끄러운 강철 표면에 물 또는 염수가 정지하고 순환 오프 얼음 입자를 위. 액체 – 금속 인터페이스는 매우 복잡하고 얼음 (12)을 만드는 데 필수적인 요소 다양한 영향을 받는다. 비금속과 물 사이의 인터페이스는 매우 다를 수 있으며, 하나의 특히 흥미로운 예는 카올리나이트이다. Kaol의 고체 표면에 인접한 바람직한 얼음 구조가 아니라 그 (13)의 상단 (14)에 형성하는 얼음처럼 수소 결합 클러스터 장려 양쪽 기판 유체의 층이 없기 때문에 inite 물 인터페이스 특별하다. 얼음 돼지를 제조하는 또 다른 방법은 고농도 염수를 동시에 첨가하는 동안 미리 만들어진 얼음 블록 분쇄 요구한다. 더 빙점 강하제 (FPD)가 얼음의 형성 이전에 첨가되지 않기 때문에이 방법은 냉동 시스템은 더 높은 증착 온도에서 실행할 수있다; 이는 따라서 의한 소정의 냉각 듀티 15, 16, 17 하강 압축비 작아 전력을보다 효율적으로 간주된다.
두 개의 다른 얼음 생산 방법이 있습니다 과냉각 물에서 얼음을 생산과 직접 접촉 냉매와 물을 넣어 <sup클래스 = "외부 참조"> 18, 19. 과냉각있어서 얼음 핵 생성 및 성장을 생성하는 준 과냉각 물을 방해 포함한다. 이 방법의 가장 큰 문제는 시스템을 차단할 수 있습니다 원치 않는 얼음 형성 있습니다. 냉매도 윤활유가 모두 최종 얼음 제품에서 원하고 있기 때문에 직접 접촉 방법은 얼음 피깅에 적합하지 않은 것으로 간주됩니다.
결빙으로 인해 융합 과정에서 발생하는 잠열을 열 및 물질 전달을 필요로한다. 이것은 제 가스의 열 및 물질 수송 강하게 결합하여 유사한 수학 식 20로 표현 될 수있는 1874 년 오스본 레이놀즈에 의해 발견되었다. 이 작품은 유체의 운동량, 열 및 물질 전달의 주제에 선구적인 논문을 형성하고, 22 차례 (21)을 복각했다. 이 주제는 다음에 의해 연구되었다가스, 액체, 및 용융 금속 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 모두 분석 및 경험적 접근법에서 다른 번호. 이외에도 열 및 물질 전달에서, 유체는 수지상 얼음 성장을 개발할 수 있습니다 핵 사이트를 필요로한다. 얼음 결정의 성장에 현대 통찰력 얼음이 방법은 34, 35, 36에서 성장하는 이유를 설명하기 위해, 아드리안 Bejan가 개발 Constructal 법을 사용한다.
염수의 결빙으로 인해 염의 존재로 초순수의 것과 매우 다르다. 가장 먼저, 염은 유체의 열역학 변경 및 빙점을 누른다. 둘째, 염 (온도가 공정 점에 도달 할 때에 만 형성 될 수있는 hydrohalite 제외) 얼음 매트릭스에 용해 할 수없고, 얼음이 성장하기 시작할 때 벌크 유체 거부된다. 소금의 거부는 실험실 (37), (38)에서 연구 바다 얼음과 얼음 모두에서 발견되었다. 거부 고농도 염수 온도 웰 아래 해수의 어는점 때문에이 가져갈, 얼음 흐르는 염수 무부하 벌크 유체 사이의 계면에서 자란다. 또한 brinicles라는 이름의이 얼음 종유석은, 첫째 맥머도 사운드, 남극 대륙에서 발견 된 실험적 39, 40, 41, 42 연구 하였다. 2011 년 BBC는 냉동 행성 시리즈 brinicles의 형성을 촬영"외부 참조"> 43, 44.
우리의 실험에서, 물이 저온 염수 욕조에 도입되는 대기 흐르는 유체를 바꿈으로써, 물이 적절한 조건 하에서 45 얼음으로 변환 할 수있다는 것을 발견 하였다. 이것은 물이 도입되는 위치는 레올 로지, 유동 및 염수 온도 및 농도가 더 얼음이 제조 될 수 있는지에 영향을 미치는 모든 주요 인자 인 것으로 밝혀졌다. 본 연구의 전반적인 목적은 제빙기가 높은 증발기 온도 및 액체 대 액체 열 전달의 높은 비율이 에너지 사용의 효율성을 향상시킬 수있는 것을 고려하면, 아이스 슬러리를 생성하기 위해이 메커니즘을 통해 개발 될 수 있는지를 조사하는 것이다. 이 문서를 공유 실험의 주요 측면.
Protocol
Representative Results
Discussion
보조 냉매로서 염수를 사용하여 얼음을 생성하는 프로세스는 열 및 물질 전달의 조합을 포함한다. 열전달이 크면 물 전에 얼음 형성은 벌크 유체와 혼합 할 수있는 기회를 갖는다. 이는 도입 된 물과 무부하 벌크 염수 사이의 상대 이동이있을 때 (즉, 염수 내 주입 물), 흐름은 열전달을 돕고 빠르게 형성 얼음을 촉진하는 것이 확인되었다. 너무 많은 난류 흐름에있을 때, 얼음은 생성 될 수 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 어떤 승인이 없습니다.
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 |
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