小型動(dòng)態(tài)制冰機(jī)工作過(guò)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(yīng)用價(jià)值。動(dòng)態(tài)制冰過(guò)程這一多尺度相互影響的現(xiàn)象或可實(shí)現(xiàn)冰漿應(yīng)用的可調(diào)可控。動(dòng)態(tài)制冰過(guò)程中溶液過(guò)冷結(jié)晶機(jī)理的研究，對(duì)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(hù)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(xué)理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本研究在考慮晶粒成核、生長(zhǎng)、聚并

2、和破碎的情況下，從過(guò)冷度、刮削速度等影響結(jié)晶過(guò)程的宏觀條件入手，利用宏觀多相流、微觀結(jié)晶動(dòng)力學(xué)理論對(duì)動(dòng)態(tài)制冰機(jī)過(guò)程進(jìn)行分析和研究。采用分組法求解粒數(shù)衡算方程，通過(guò)耦合粒數(shù)衡算與多相流方程，建立了多尺度的結(jié)晶模型，模擬了動(dòng)態(tài)制冰裝置內(nèi)水的動(dòng)態(tài)結(jié)晶過(guò)程，獲得不同溫度、刮削速度、結(jié)晶時(shí)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(duì)水的動(dòng)態(tài)結(jié)晶過(guò)程的影響。結(jié)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(guò)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(jié)晶與生長(zhǎng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析刮削速度、載冷劑溫度等外界條件對(duì)小型動(dòng)態(tài)制冰機(jī)工作過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)證明添加劑濃度等宏觀參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)制冰過(guò)程溶液含冰率及晶粒微觀特性存在影響：強(qiáng)極性無(wú)機(jī)化合物抑制冰晶生長(zhǎng)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(duì)冰晶生長(zhǎng)的影響；載冷劑溫度降低，冰晶尺寸有減小趨勢(shì)，但成