小型動態(tài)制冰機工作過程的多尺度耦合研究.pdf

1、冰漿物性不同是冰晶的微觀特性差異的宏觀體現(xiàn)。改變宏觀制備參數(shù)可得到具有理想微觀特征冰晶的冰漿，不同物性的冰漿具有不同的應用價值。動態(tài)制冰過程這一多尺度相互影響的現(xiàn)象或可實現(xiàn)冰漿應用的可調(diào)可控。動態(tài)制冰過程中溶液過冷結晶機理的研究，對于獲得理想粒度分布、含冰率的冰漿，提高系統(tǒng)制冰效率、穩(wěn)定性和能源利用率，以及緩解電力緊張狀況、保護生態(tài)環(huán)境和維持可持續(xù)發(fā)展等均具有十分重要的科學理論意義和應用價值。
　　本研究在考慮晶粒成核、生長、聚并

2、和破碎的情況下，從過冷度、刮削速度等影響結晶過程的宏觀條件入手，利用宏觀多相流、微觀結晶動力學理論對動態(tài)制冰機過程進行分析和研究。采用分組法求解粒數(shù)衡算方程，通過耦合粒數(shù)衡算與多相流方程，建立了多尺度的結晶模型，模擬了動態(tài)制冰裝置內(nèi)水的動態(tài)結晶過程，獲得不同溫度、刮削速度、結晶時間等外界條件下晶粒數(shù)密度分布、云圖等信息，分析了外界宏觀條件對水的動態(tài)結晶過程的影響。結果表明：由于碰撞引起的晶粒聚并和破碎使得晶粒的尺寸分布更為集中和均勻；在

3、過冷溫差（流體局部溫度與水的相變溫度差值）不大于20℃，刮削速度不大于10 r/s范圍內(nèi)，降低壁面溫度、增加刮削速度可以加速水的結晶與生長。通過實驗分析刮削速度、載冷劑溫度等外界條件對小型動態(tài)制冰機工作過程的影響。實驗證明添加劑濃度等宏觀參數(shù)對動態(tài)制冰過程溶液含冰率及晶粒微觀特性存在影響：強極性無機化合物抑制冰晶生長的效果大于乙二醇等醇類化合物，表面活性劑因添加量通常很小而忽略其對冰晶生長的影響；載冷劑溫度降低，冰晶尺寸有減小趨勢，但成