近日，中國科學(xué)院廣州能源研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究室馮自平研究員團(tuán)隊(duì)在中科院先導(dǎo)專項(xiàng)課題等支持下，在過冷解除過程中冰晶演化研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果以 Investigation on the evolution of ice particles and ice slurry flow characteristics during subcooling release 為題發(fā)表于傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)期刊International Journal of Heat and Mass Transfer。
冰漿（ice slurry）是一種由冰晶和水或水溶液組成的二元溶液，具有良好的換熱特性和獨(dú)特的流動(dòng)特性，在冷能儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面具有顯著優(yōu)勢。可控過冷相變技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效快速連續(xù)制冰漿的關(guān)鍵，本研究創(chuàng)新地采用數(shù)值模擬的方式研究過冷驅(qū)動(dòng)下冰漿中冰晶粒徑的演化規(guī)律。儲(chǔ)能技術(shù)研究室基于該研究搭建的過冷式冰漿實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效連續(xù)制取冰漿。
研究基于計(jì)算流體力學(xué)，將數(shù)群平衡模型（Population Balance Model, PBM）與Euler-Euler兩相流模型耦合，探究了過冷水冰漿在水平直管中的冰粒演化及流動(dòng)特性。重點(diǎn)研究了由過冷解除導(dǎo)致的冰晶生長，同時(shí)還考慮了冰晶的團(tuán)聚和破碎行為對其粒徑的影響。研究發(fā)現(xiàn)，相較于團(tuán)聚和破碎行為，過冷驅(qū)動(dòng)下的冰晶生長作用對其粒徑演化最為明顯。與此同時(shí)，過冷水由過冷態(tài)到相平衡態(tài)的溫度變化與冰粒直徑變化規(guī)律相符。
本研究成果作為可控過冷相變技術(shù)中的重要一環(huán)，有望為冰漿制備過程中的促晶器設(shè)計(jì)、冰堵預(yù)防等技術(shù)問題提供解決方案。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001793102300162X
CFD-PBM模型耦合過程
水平直管內(nèi)軸向冰晶粒徑的演化
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