Summary
Burada, suyun bir sıcaklık aralığı çok altında, suyun donma noktasında, ikinci bir soğutucu olarak, tuzlu su, soğuk banyo kişiye zaman buz oluşumunu göstermek için bir protokol mevcut. Bu endüstri için buz üretme alternatif bir yol olarak kullanılabilir.
Abstract
Biz aşırı soğutulmuş tuzlu su ortamında ısı ve kütle transferi ve donma olaylarının incelenmesi için bir yöntem ortaya koymaktadır. Bizim Deney su soğuk tuzlu su banyosuna ilave edilir olduğunda, uygun koşullar altında, buz üretilebilir olduğunu göstermiştir. tuzlu su ve su karışımı olan ek olarak, buz formunu sağlamak için, ısı aktarımı oranı kütle transferi bu baypas gerekir. Su tuzlu yüzeyine küçük damlacıklar formunda verildiğinde, ısı ve kütle transferi modu difüzyon sayesinde gerçekleşir. yüzdürme altında tuzlu su ile karıştırılarak su durur, ama buz kalın büyüdükçe, o bir sonucu olarak büyümeye daha zor buz yapma, ısı transfer oranını yavaşlatır. Su akışı şeklinde tuzlu su içine sokulur zaman, bir dizi faktör oluşturur ne kadar buz etki bulunmuştur. ısı ve kütle transferi itici gücü olan tuzlu su sıcaklığı ve konsantrasyonu, sırasıyla, su-buz dönüşüm rati etkileyebilirO; Alt banyo sıcaklıkları ve tuzlu su konsantrasyonları oluşturmak için daha fazla buz teşvik ediyoruz. doğrudan ısı ve kütle transferi katsayılarının hem etkileyebilir akış reolojisi, aynı zamanda önemli bir faktördür. Buna ek olarak, akış reoloji dökme sıvı akış temas alanı değiştirir.
Introduction
Buz bulamaçlar yoğun endüstrisinde kullanılan ve özellikle başarılı bir uygulama buz pig teknoloji 1, 2 'dir. Geleneksel köpük ve katı domuz karşılaştırıldığında, buz domuz nedeniyle sıvı fazın yağlama etkisi ve kristaller 3, 4, 5 eritmek buz gibi bazı donma noktasının yüksekliği uzun bir mesafe boyunca karmaşık topolojileri seyahat edebilirsiniz . domuz takılıyor bile, biri sadece eritmek ve daha sonra temizleme işlemine devam etmek için buz çamurları için bekleyebilir. boru temizleme yöntemi, ucuz ve kullanımı kolaydır.
Buz fraksiyonu buz domuz performansında önemli bir rol oynar. Buz fraksiyonu ölçmek için, bir buz bulamaç yeterince 6 kalın olup olmadığını belirlemek için bir cafetiere (Fransız basın) kullanabilir,"Buz Pig yaparken> 7. Yüksek cafetière buz fraksiyonu, tipik olarak% 80, gereklidir. Online buz fraksiyonu algılama Son araştırmalar, hem elektromanyetik ve ultrasonik dalgalar iş 8, 9, 10, 11 için uygun olduğunu gösterdi.
Buz domuz genellikle ağırlık bazında% 5 NaCI çözeltisi (tuzlu su) ile ilgili olarak, bir kazıma yüzeyli buz hazırlama yapılır. Aynı zamanda sanayide buz çamurlar yapma birincil yoludur. Buz makinesi Bu tür soğuk metalik yüzey, tipik olarak, pürüzsüz 316 çelik yüzeyi üzerine su veya tuzlu su donar ve daha sonra periyodik olarak rahatsız partiküller makas. Sıvı metale arayüzleri çok karmaşık ve buz 12 yapmak için gerekli olan faktörler çok çeşitli etkilenir. olmayan metal ve su arasındaki arayüzü çok farklı olabilir, ve bir özellikle ilginç bir örnektir Kaolinit olduğunu. Kaolsağlam yüzeyine bitişik uygun bir buz yapısı değil, bu 13 üst 14 oluşturmak için buz gibi hidrojen-bağlı kümeleri teşvik amfoterik alt-tabaka bir sıvı tabakası olmadığı için sonlu su ara-yüzünde özeldir. Buz domuz üretme başka bir yolu da yüksek konsantrasyonlu tuzlu su aynı anda ilave edilir ise önceden hazırlanmış buz blokları kırma gerektirir. Resim donma noktası düşürücü (FPD) buz oluşumundan önce ilave edilir, bu yöntem için, soğutma sisteminin çok daha yüksek bir buharlaştırma sıcaklıkta olabilir; Bu nedenle bağlı belirli bir soğutma görev 15, 16, 17 için alçaltılmış sıkıştırma oranı ve azaltılabilir gücüne daha etkili olarak kabul edilir.
diğer iki buz üretim yöntemi vardır: aşırı soğutulmuş sudan buz üreten ve doğrudan temas soğutucu ve su koyarak
buz oluşumu nedeniyle sürecinde oluşturulan füzyon gizli ısı ısı ve kütle transferi gerektirmektedir. İlk gazların ısı ve kütle ulaşım kuvvetle bağlanır ve benzeri matematiksel formüller 20 ifade edilebilir 1874 yılında Osborn Reynolds tarafından keşfedilmiştir. Bu çalışma sıvıları momentum, ısı ve kütle transferi konusunda öncü kağıt kurdu ve 22 birkaç kez 21 yeniden basıldı. Bu konu daha sonra bir tarafından incelenmiştirGaz, sıvı, ve erimiş metal 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 için analitik ve empirik yaklaşımlar, başkalarının sayısı. Kenara ısı ve kütle transferi, sıvı dendritik buz büyüme gelişebilir çekirdeklenme siteleri ihtiyacı var. Buz kristallerinin büyüme içine modern fikir buz Bu şekilde 34, 35, 36 yetişen açıklamak Adrian Bejan geliştirdiği Constructal Kanunu kullanılır.
tuzlu su buz oluşumu nedeniyle tuzunun varlığı saf su içinde olandan çok farklıdır. Her şeyden önce, tuz sıvı termodinamik değiştirir ve donma noktasını karartıyor. İkinci olarak, tuz (sıcaklık ötektik noktasına ulaştığında, sadece oluşturabilen, Hidrohalit hariç), buz matris içinde çözülmez ve buz büyümeye başladığı zaman dökme sıvı transfer edilmektedir. Tuz ret laboratuarında 37, 38 okudu deniz buz ve buz hem de keşfedildi. reddedilen yüksek konsantrasyonlu brin bir sıcaklığa çok altında, deniz suyunun donma noktasında olduğundan, inerken, buz akan tuzlu su ve hareketsiz dökme sıvı arasındaki arayüzde büyür. Ayrıca brinicles adlı bu buz sarkıtlar, ilk McMurdo Sound, Antarktika keşfedildi ve deneysel 39, 40, 41, 42 çalışıldı. 2011 yılında, BBC Frozen Planet serisinin brinicles oluşumunu filme"xref"> 43, 44.
Laboratuvarda, su soğuk tuzlu su banyosuna sokulur akan ve durgun sıvılar tersine çevirerek, su doğru koşullar altında 45 buz dönüşebilir olduğu ortaya çıktı. Su ilave edilir konumu, reolojisini, akış ve tuzlu su ısı ve konsantrasyon fazla buz üretilebilir kadar etkileyen tüm önemli faktörler olduğu bulunmuştur. Bu çalışmanın genel amacı, bir buz makinesi yüksek evaporatör sıcaklığı ve sıvı-sıvı ısı transferi yüksek oranda enerji kullanımının verimliliğini artırabilir düşünüyor, buz çamurlar oluşturmak için bu mekanizma yoluyla gelişmiş olabilir, eğer araştırmaktır. Bu makale hisseleri deney anahtar yönleri.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dikkat: Bu deneylerde kullanılan iki zehirli kimyasallar, metanol ve etilen glikol bulunmaktadır. Metanol, formik asit veya format tuzu formaldehit oluşturmak için insan vücudunda metabolize edilebilir. Bu maddeler merkezi sinir sisteminde zehirli ve hatta ölüme yol açabilir. Etilen glikol, sonra oksalik asit dönüşebilir asit, glikolik oksidize edilebilir. Bu böbrek yetmezliği ve ölüme neden olabilir. Bu kimyasallar içmeyin. bir kaza durumunda hemen bir doktora başvurun.
1. Soğutma Sistemi
NOT: ortam sıcaklığı, oda sıcaklığında yaklaşık olarak ise ° C ya da daha -18 tuzlu tutmak zordur. Etilen glikol ve tuzlu depolama tankları aşırı elektrik tüketimini önlemek ve optimum sistem performansı sağlamak için iyi yalıtılmış ve makul boyutta olması önemlidir. Tank boyutu 30 L. geçmemesi önerilmektedir
- Ikincil soğutma sıvısı hazırlayın
- ikincil soğutma tankı, tank A (: 200 mm, Yükseklik x 400 mm: 350 mm Taban) içine etilen glikol 1 L dökün. Tank A'ya su yaklaşık 0,6-0,65 L (600-650 g) ekleyin
- Adımı tekrarlayın 1.1.1 birkaç kez Tank A (25 L) içinde yeterli sıvı kalmayıncaya kadar.
- akışkan homojen şekilde sıvıyı karıştırın.
- Tam kapasite ayarı (2,500 L / saat) Tank A iki pompa açın. tüm kabarcıklar ısı eşanjörleri sıkışıp ve borular serbest olduğundan emin olun.
- tüm kabarcıklar serbest olup olmadığını gözlemlemek için pompayı kapatın. Eğer değilse, adım 1.1.4 tekrarlayın.
- Tuzlu su hazırlanması
Not: Bu örnekte, 22 ağırlıkça% brin hazırlanır. Diğer konsantrasyonları ihtiyaç varsa, ilave tuz kütlesi de uygun şekilde değiştirilmelidir. Referans tuzlu su konsantrasyonu ve yoğunluk değerleri Sayfa D-257 inci 64 inci Edition (1983) bulunabilirKimya ve Fizik 46 e CRC Handbook.- 5 litrelik plastik beher içine su 4 kg ekleyin.
- elektronik bir tartıda NaCl tuzu 1 kg ölçün ve su ile beher içine, bu tuz dökün.
- Çözelti berraklaşıncaya kadar karıştırdıktan (yani, çözelti içinde görünür bir tuz partikülleri ya da su kabarcığı vardır).
- 10 mL'lik bir şırınga kullanılarak çözelti, ~ 10 mL numune alın.
- U boru yoğunluğu metre içine sıvı enjekte edilir.
- tüpündeki hava kabarcıkları olup olmadığını kontrol edin. Eğer varsa, onları dışarı itmek için daha fazla sıvı enjekte.
- Basın "Hızlı Ayarlar" seçin ve "Yoğunluk Sıcaklığı." 20 ° C ve basın yazın "Tamam." yoğunluk ölçer şimdi bu sıcaklıkta akışkan yoğunluğunu ölçer.
- Basın başlatmak ve sonucu bekleyin.
- 1.164,00 kg / m 3 ile yoğunluk okuma karşılaştırın.
- okuma compariso altında ise daha fazla tuz ekleyinn yoğunluğu. Aksi takdirde su ekleyin.
- Adımları tekrarlayın 1.2.3-1.2.10 akışkan yoğunluğu doğru olana kadar (1164,00 kg / m 3).
- Daha büyük bir kabın içine bu çözüm dökün, Konteyner A.
- Kullanım tuzlu 35-40 L yapmak ve -40 ° C'de bir göğüs dondurucu içine Konteyner A koymak 1.2.1-1.2.12 adımları. sıcaklığı (bu, 22 ağırlıkça%, tuzlu su donma noktası) -19,18 ° C ulaşana kadar, 48-72 saat boyunca burada tuzlu tutun.
Enjekte ve Yıkama Su Buz 2. Hazırlık
- Enjekte su buz hazırlayın
- Küçük bir kap (200 x 200 x 50 mm) içine su 1 L dökün.
- Başka bir kapta ile adımı yineleyin 2.1.1 ve -40 ° C'de göğüs dondurucuda iki kapları yerleştirin.
- tüm suyun dondurulur sağlamak için 10 saat veya daha fazla süre ile dondurucu içinde tutun.
- Yıkama suyunun buz kabuğu hazırlayın
- 5 L su ile 5 L'lik bir kap doldurun.
- 2 L su ile 2 L'lik bir kap doldurun.
- donmamış su çevresinde buz ambalajın kalın kabuk olacak şekilde 8-10 saat boyunca -40 ° C 'de göğüs dondurucu içine de beher yerleştirin.
- Buz kabuk üstündeki 3 cm çapında bir delik açmak için dokunun 3-5 m / s hızında yüksek hızlı su jeti kullanın.
- Buz kabuğun içinde suyu boşaltın.
- geri dondurucuya iki beher koyun.
- Buz kabuk kütlesi iki bardak için 3 kg ve 1 kg ulaşamazsa, sırasıyla tekrarlayın 2.2.1-2.2.5 adımları ancak adım 2.2.3 uzun dondurucuda beher tutun. İki bardak Şimdi, sırasıyla, 2 L su ve 1 L içermesi mümkün olmalıdır.
3. Su Giriş Pozisyonu ve Reoloji Kontrol Deneyi
- Tuzlu su yüzeyinde su tanıtmak
- Konteyner A 22 ağırlıkça%, soğuk 2 L tuzlu su süzünsoğutma ünitesindeki dondurma makinesi ve anahtarın alüminyum kova.
- Bir termometre / termokupl ile tuzlu su sıcaklığını ölçmek (K-Tipi ya da T-tipi uygundur). tuzlu su -15 ° C veya daha düşük olması durumunda deneye taşıyın.
- oda sıcaklığında musluk suyu ile 100 ml cam şırınga doldurun. bir şırınganın ucu ile 2 mm iç çapa, kalın 1 mm ve 1-m uzunluğunda silikon boru takın.
- şırınga içinde, su ve silikon tüp çıkışı arasında bir kafa vardır, öyle ki belirli bir konumda şırınga. hidrostatik basınç tüpü dışarı suyu sıkmak.
- tuzlu su içine silikon tüpün belirli bir uzunluğu, tipik olarak 70 cm, daldırın.
- hidrostatik basınç su şırınga ayrılmak için izin vermek yeterince büyük olduğunu ve böylece şırınga ve tüp çıkış arasındaki göreli konumunu ayarlayın. Tüp bloke olursa, unt daha yüksek bir dikey konuma şırınga yükselterek kafa artırmakil hidrostatik basınç tüpü içinde kayma gerilmesi üstesinden gelebilir.
- Tüp çıkış kabaca 1 cm ya da salamura yüzeyi üzerinde daha az tutun.
- Suyun çıkış sıcaklığı izin vermedi ve tuzlu su yüzeyinde meydana ne kadar buz yapılabilir ya da ne kadar karıştırma belirlemek için akış hızı kontrol etmek için batık tüpün uzunluğu ve şırınga yüksekliğini ayarlayın. donma fenomen şimdi tuzlu su yüzeyinde dikkat edilmelidir. Daha fazla yön için başvuru 45 Bkz.
- Tuzlu su ile tanıtmak
- Yineleyin 3.1.1-3.1.6 adımları.
- tercihen, kabın alt tarafında, tuzlu su içindeki tüp çıkışına devam edin.
- batık tüpün uzunluğu ve şırınga yüksekliğini ayarlayın.
- akış reolojisini kontrol etmek için tüp çıkış açısını ayarlayın.
- Tekrarlayın iyi birleştiğinde akış reolojisini bulmak ve en buz üretebilir debi için 3.2.3-3.2.4 adımları.
- buz yapmak
- borularda kabarcıkları varsa, glikol sirkülasyon sisteminin dışına kabarcıkları serbest bırakın ve sonra pompalar kapatmak için Tank A içinde iki pompa açın.
- Üç soğutma üniteleri açın ve onları etilen glikol çözümleri soğumaya 10-16 saat çalışmasına izin verin.
- Bir termometre / termokupl ile etilen glikol çözeltisi ölçün. glikol sıcaklığı yaklaşık -25 ° C olması gerekir.
- 4.1.5 adıma geçmeden önce ° C -19 de emin yapmak için Konteyner A tuzlu su sıcaklığını ölçün.
- Tank A'da iki pompa üzerinde yaklaşık 30 Konteyner A tuzlu L ve anahtarı ile, tuzlu su tankı, tank B Dolgu
- Bu daha soğuk -19 ° C Tank A'da glikol sıcaklığını ölçmek, ısı değiştiricileri dışındaki buz parçacıklarının çökelmesini engellemek için bir veya daha fazla soğutma birimi kapatın In Tank B. sıcaklığı her üç soğutma ünitelerinde açmak, beklenen tuzlu su sıcaklığından daha sıcaksa. -17 ° C ila -19 ° C deney yürütmek.
- yalıtılmış 5-L beher, Konteyner B içine adım 2.1 iki buz premade blok yerleştirin ve beher içine su yaklaşık 3 L dökün.
- Su sıcaklığını ölçmek ve sıcaklık yükselir ise deneyler arasındaki karışım karıştırılarak 2 ° C'de saklayın.
- 2 ° C suyun 100 mL 'si ile, cam şırınga doldurun.
- yoğunlaşmasını ve buz oluşumunu durdurmak için Tank B cam penceresine metanol 5-10 ml uygulayın.
- sabit bir hidrostatik basınç ve böylece sabit bir akış hızı olacak şekilde şırınga ve tüp çıkışı arasında göreceli konumunu ayarlayarak tuzlu suyu enjekte edilir. silikon tüp yaklaşık 70 cm tuzlu batık edilmelidir. 0 ° enjeksiyon açısını ayarlayın, böylece yukarı korkunç ilk su hızıction 0 m / s dir.
NOT: Şırınga olabilir ya el veya stand kenetlenmiş. o bir stand ayarlamak için daha fazla zaman alır, ve buz tüpü engelleyebilir çünkü tuzlu su sıcaklığı, soğuk olduğunda elle tutulan daha uygun olur. sabit bir akış hızı ve enjeksiyon açısı (0 °) sağlayarak ve kabaca 3 cm tüp çıkışına üzerinde dondurma sınır tutarak deney boyunca tutarlı akış reoloji tutun. Akış bunu 47 türbülanslı açmak başlar bölgeyi girmesine izin vermeyin. Daha fazla yön için başvuru 45 Bkz. - adımlarda 4.2 ve 4.3 açıklandığı gibi buz toplayın. Farklı salamura sıcaklıklarında 4.1.11 - Tekrar 4.1.8 adımları.
- Üretilen buz toplayın ve üretilen ne kadar buz tahmin (kuru toplama)
- tuşuna basarak okuma ölçeğinde bir kap (200 × 200 × 50 mm) koyun ve sıfır düğme "Turn On".
- buz oymak ve sıyrılmaya elek kullanıntuzlu suyla yıkandı.
- kapta bu buz koyun. ölçeğini kullanarak buz kütlesini ölçün.
- Buz eridikten sonra, örnek almak için 10 mL'lik bir şırınga kullanın. yoğunluk ölçüm aletine sıvının bu örnek enjekte edilir.
- adımları gerçekleştirin 1.2.6-1.2.9.
- yoğunluk okuma kaydedin.
- Yoğunluğu net su kütlesi hesaplanır (yani, buz içine dönüştürülen su kütlesi), aşağıdaki formül kullanılarak:
nerede
ağırlıkça% brin konsantrasyonudur ve 
ve 
sırasıyla tuz ve su kütleleri vardır.
- Üretilen buz toplayın ve üretilen ne kadar buz tahmin (ıslak toplama)
- Bir buz kabuğu (Adım 2 5-L beher.2) ve oda sıcaklığı musluk suyu. -40 ° C'de geri dondurucuya koydu.
- sıcaklığı 0 ° C'de iken, 2-L beker içine 5 L'lik bir behere buz kabuğu suyu süzün. 5-L beher doldurun. dondurucuda hem beher tutun.
- adımlar 4.1.8 ve 4.1.9 üretilen buz kepçe ve onu yıkamak için buza 2-L beher su 200-500 ml dökün. 0 ° C su uygulamadan önce elek sallamayın.
- elek sıvıyı silkeleyin.
- Yineleyin 4.2.2-4.2.7 adımları.
ağırlıkça% brin konsantrasyonudur ve 
ve 
sırasıyla tuz ve su kütleleri vardır. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 1, tuzlu su ile enjekte suya tuzlu yüzeyinde ortaya suyun etkilerini karşılaştırır. Su dökme sıvı ile çok karıştırmak yoktu çünkü "buz kap" senaryoda, oluşan buz sağlam. iki sıvı arasındaki ısı ve basınç farkı su kaldırma kuvveti oluşturur ve karıştırılması önler. Hem sıvılar statiktir (örneğin, ısı transfer kütlesinin çok daha büyüktür; Sc ≈ 500, Pr ≈ 10, Le ≈ 50), bu yüzden, buz kolay oluşabilir. Bu deneyde bir duygusal katmanda ne tuz ret ne oluşum vardır. Buz kalın büyür sonra, nedeniyle düşük ısı iletkenliği ısı transfer oranını engel ve buz oluşumu oranını etkileyecektir. Bu noktada, açıkça ortaya "tatlı su" artık derhal katı haline dondurup olduğu görülmektedir. Buna ek olarak, konveksiyon olmadan düşük Thermatuzlu kendisi l iletkenlik de soğuk lavabo gizli ısı taşınmasını engellemektedir. Buz oluşumunun hızı, doğrudan bağlantılı ve tuzlu su sıcaklığına çok hassastır. Örneğin, -15 ° C ile tuzlu su -13 ° C tuzlu göre çok daha hızlı donar. su enjeksiyon durumunda, buz şekli ve boyutu akış reolojisi ile ilgilidir. Kıvırcık kuyruk ardından düz bir kafa: Şekil 1'de gösterilen buz çubuk iki farklı parçalar vardır. kıvırcık bölüm akışı buna daha fazla türbülans vardır tuzlu su yüzeyine, çok daha yakın oluşur. kıvırcık kuyruk özellikle ısı ve kütle transferi aynı dere, dış katmanında, çünkü genellikle ısı ve kütle transfer oranları arasındaki farkı en aza indirir türbülans başlangıcı, düz kafa çok daha incedir. Bu nedenle, sadece iç çekirdek buz içine donabilir. Tüp çıkış, dikey olarak yerine buz wil bir yaprak yatay tutulursal oluşturulabilir. buz nesil daha istikrarlı hale gelir ve sonuç tekrarlanabilir. Son olarak, akış hızını düşürücü karıştırma ortadan kaldırılması için etkili bir yol olmadığı tespit edildi. Bunun yerine, önemli ölçüde tüp engelleme şansını artırır.
su-buz dönüşüm oranı ölçümleri gerçekleştirirken su enjeksiyon açısı, yatay eksene 0 ° 'de tutulur. Tuzlu su ile sıcaklık ve konsantrasyonda etkisi Şekil 2'de gösterilmiştir. Dönüşüm oranları genellikle çalışılan salamura sıcaklıkları ve konsantrasyonları için 0.4 0.9 arasında oturmak. Deney boyunca buz oluşumu sınır sabiti akış reolojisi ve konumunu korumak için çok önemlidir. Tank B salamura büyük hacimli ölçümlerine yerel termal geçişlerini etkilerini azaltmaya yardımcı olur. tuzlu su sıcaklığı ve dönüşüm oranı arasındaki ilişki incelenmiştir sıcaklık çaldı için birinci derecedene. En iyi uyum hatları için katsayıları Tablo 1 'de listelenmiştir. Farklı püskürtme açısı kullanılırsa temas ve dolayısıyla alan, ısı ve kütle transferi oranları farklı olduğu için, su-buz dönüşüm oranları, artık bu ilişkileri takip edecektir. buz toplarken, tutarlı tuzlu su / yıkama suyu silkeleyin ve elek kalan su miktarını en aza indirmek için denemek için uygulanan kuvveti tutmak önemlidir. tuzlu su yıkayın için kullanılan suyun Benzer miktarlar tutarsız sonuçlar önlemek için uygulanmalıdır. Suyun fazla 500 ml buz yıkamak için kullanıldığı takdirde, daha fazla tuzluluk azaltılması pek mümkün olduğu tespit edilmiştir. hacim 200 mL 'nin altında olduğu zaman, tuzluluk 4 ağırlık%' ine kadar olabilir.
soğutucu sıcaklığı bu yöntem buz elde etmek için kullanılması durumunda, genellikle, -40 ° C kullanan bir kazınmış-yüzeyli Buz makinesi, çok daha yüksek olduğu için, daha yüksek bir COP beklenenŞekil 3 'de, bizim hesaplamaya göre yöntem. örneğin, buharlaştırıcı sıcaklığı -20 ° C'ye yükselmiş ise, COP yaklaşık soğutucu R134a 3 ulaşabilir.
Şekil 1: Su giriş konumu. Su tuzlu su yüzeyinde tanıtıldı zaman bir "buz örtüsü" oluşturabilir. buz formları bir çubuk tüp çıkış dik tutulduğunda. Su tuzlu su enjekte edildiğinde, buz şekli akış reolojisi bağlıdır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2: en uygun çizgi farklı tuzlu konsantrasyonlarda Dönüşüm oranı karşılaştırması. Brin HemE sıcaklık ve ne kadar su konsantrasyonu etkisi debisi ve reoloji aynı tutulur buz (dönüşüm oranı) içine donmuş olabilir. Dönüşüm oranı salamura sıcaklığının düşmesi ile doğrusal olarak artar. düşük banyo sıcaklıklarında düşük tuzlu su konsantrasyonları daha buz üretir. yıkama yöntemi, kuru-toplama yöntemi daha buz toplar. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3: soğutma sıvısı, bir dizi farklı buharlaştırıcı sıcaklıklarda performans katsayısı. Daha yüksek evaporatör sıcaklıkları soğutma sistemlerinin performansı (COP) katsayısı lehine. İki geçiş soğutucular (R22 ve R134A) zaten yasaklı R502 ve harmanlar (R404A ve R507A) daha iyi COP var.Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| Tuz konsantrasyonu (ağırlıkça%) | kuru koleksiyon | Islak koleksiyon | ||
| p1 | p2 | p1 | p2 | |
| 23.3 | -,09909 | -1,34 | -0,1196 | -1,439 |
| 22 | -0,1204 | -1,633 | -0,1439 | -1,839 |
| 21 | -0,1261 | -1,682 | -0,1545 | -1,98 |
Tablo 1: Katsayılar fotuzlu su sıcaklığı şemasına karşı dönüşüm oranı r en uygun çizgiler. Dönüşüm oranı doğrusal formüle göre tuzlu su sıcaklığı ile ilişkilidir: 
. Hem kuru-ve ıslak toplama yöntemleri burada listelenir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ikincil soğutucu olarak tuzlu kullanarak buz nesil süreci ısı ve kütle transferi kombinasyonunu içerir. Isı transferi büyükse, daha sonra su önce buz formları toplu sıvıyla karıştırmak için şansı var. Bu kişiye su ve hareketsiz kütle tuzlu su arasında göreceli bir hareket olduğu zaman (yani, tuzlu su içinde enjekte su), akım ısı transferi sağlar ve hızlı bir şekilde oluşturulması için buz teşvik gözlemlenmiştir. Çok fazla türbülanslı akışta olduğu, ancak, herhangi bir buz oluşturulabilir. Bu tekniğin büyük sınırlama tuzlu su karıştırılması ve dilüsyonudur. tuzlu su hacmi süreci devam ettiği artmaya devam edecektir. BUZLANMA Bu şekilde yaparken nedenle, yükselen tuzlu su hacmi ve bırakarak tuzlu su tuzluluk farkında olmak önemlidir. Buna ek olarak, üretilen buz toplanmaz, bu eriyen gözlenmiştir. tuzlu su ile iki ısı sağlayan, erime sıcaklığında olmadığı için olabilirve oluşan buz ve dökme sıvı arasındaki kütle transferi. ısı ve kütle transferi modu sadece difüzyon ile ve erime hızı yavaştır. Buz tuzlu su yüzeyinde yüzen olduğundan Ancak, çevreden ek ısı girişi buz erime hızını artırır. tuzlu su hacminin daha da artmasını önlemek üretildikten sonra, bu nedenle, oluşturulan buz hemen toplanmalıdır.
seyreltme azaltılması veya su ayrılması ve tuz şu anda laboratuvarda çalışılmaktadır. Birçok fikirlerin bir suyun ikincil soğutucu hacminde değişikliği en aza indirir, kısa bir süre için dökme sıvı maruz kalacağı şekilde, çapı daha büyük olan bir tüpe enjekte edilen suyun yeniden ortaya etmektir. Su daha büyük bir tüp içinde buz büyüme tamamlanması, ardından tuzlu su maruz kaldığında, buz çekirdeklenme ortaya çıkar. Bu katı yüzey ekleyerek, oluşturulan buz toplu tuzluluk kontrol edilebilir. buz içinde düşük tuz içeriği gerekli ise, örneğin, bir ikincil borunun sıvı daha "tatlı su" ekleyebilir. Bu ikinci borunun daldırılmış uzunluğu kolayca ürünün gerekli buz fraksiyonu bağlı olarak değiştirilebilir.
Akış reolojisi temas yüzey alanı ve dökme sıvı akış alanı-hacim oranı üzerinde önemli bir etkisi vardır. Gözlemlerimiz temas daha büyük bir alan meydana getirmek üzere daha buz teşvik için daha uygun olduğunu göstermektedir. temas bir artış alanı da kütle transferini artırmak gerektiğini, ancak henüz okudu tuzlu su sıcaklığı ve konsantrasyon aralığında gözlenmemiştir. Akış türbülanslar ve akış ayrılması oluşmaya başlar geçiş bölgesi, girmeden önce, buz her zaman oluşturulur olacak gibi görünüyor. Akış ayıran ve büyük çalkantılar varsa, su moleküllerinin her küme kendi çekirdeklenme noktasını ihtiyacı ve buz bu durumlarda teşkil olmayabilir.
"> Tuzlu sıcaklığı ve su-buz dönüşüm oranı arasındaki ilişki, doğrusal ise sabit bir tuzlu su konsantrasyondadır. Brin sıcaklığı en uygun çizgiler karşılık dönüşüm oranı kaymalar brin konsantrasyonu da önemli bir rol oynadığı işaret buz oluşumu / su seyreltme işlemi. faz dönüşümü nedeniyle, sınır koşulları geleneksel ısı ve kütle transferi benzetme çalışmalarında çok farklı ve dolayısıyla, bu benzetmeler bu durumu tanımlamak için yeterli değildir.Bu çalışma aynı zamanda donma sınır borunun çıkışından göreceli sabit bir mesafeye sabit olabilir, çünkü akış bir kalıcı-hal durum ulaşabilir olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu çok daha yüksek bir evaporatör sıcaklık ve COP, mevcut buz yapma teknikleri ile karşılaştırıldığında beklenmektedir çünkü bu durum, sanayide buz üretimi için güvenilir bir yeni bir mekanizma olarak kullanılabilir olduğunu gösterir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Yazarlar hiçbir onayları var.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Cleaning and separation in conduits. UK patent. Quarini, G. L. , GB2358229, WO0151224 (2001).
- Quarini, J. Ice-pigging to reduce and remove fouling and to achieve clean-in-place. Appl. Therm. Eng. 22, 747-753 (2002).
- Evans, T. S., Quarini, G. L., Shire, G. S. F. Investigation into the transportation and melting of thick ice slurries in pipes. Int. J. Refrig. 31, 145-151 (2008).
- Shire, G. S. F., Quarini, G. L., Rhys, T. D. L., Evans, T. S. The anomalous pressure drop behaviour of ice slurries flowing through constrictions. Int. J. Multiph. Flow. 34, 510-515 (2008).
- Shire, G. S. F., Quarini, G. L., Evans, T. S. Pressure drop of flowing ice slurries in industrial heat exchangers. Appl. Therm. Eng. 29, 1500-1506 (2009).
- Evans, T. S. Technical Aspects of Pipeline Pigging with Flowing Ice Slurries [dissertation]. , Department of Mechanical Engineering, University of Bristol. (2007).
- Shire, G. S. F. The behaviour of ice pigging slurries [dissertation]. , Department of Mechanical Engineering, University of Bristol. (2006).
- Hales, A., et al. Ice fraction measurement of ice slurries through electromagnetic attenuation. Int. J. Refrig. 47, 98-104 (2014).
- Hales, A., et al. The effect of salinity and temperature on electromagnetic wave attenuation in brine. Int. J. Refrig. 51, 161-168 (2015).
- Hales, A. Ice slurry diagnostics through electromagnetic wave attenuation and other techniques [dissertation]. , Department of Mechanical Engineering, University of Bristol. (2015).
- Lucas, E. J. K., Hales, A., McBryde, D., Yun, X., Quarini, G. L. Noninvasive Ultrasonic Monitoring of Ice Pigging in Pipes Containing Liquid Food Materials. J. Food Process. Eng. 40, e12306 (2015).
- Carrasco, J., Hodgson, A., Michaelides, A. A molecular perspective of water at metal interfaces. Nat. Mater. 11, 667-674 (2012).
- Hu, X. L., Michaelides, A. Ice formation on kaolinite: Lattice match or amphoterism? Surf. Sci. 601, 5378-5381 (2007).
- Hu, X. L., Michaelides, A. The kaolinite (0 0 1) polar basal plane. Surf. Sci. 604, 111-117 (2010).
- Leiper, A. N., Ash, D. G., McBryde, D. J., Quarini, G. L. Improving the thermal efficiency of ice slurry production through comminution. Int. J. Refrig. 35, 1931-1939 (2012).
- Leiper, A. Carnot cycle optimisation of ice slurry production through comminution of bulk ice [dissertation]. , Department of Mechanical Engineering, University of Bristol. (2012).
- Leiper, A. N., Hammond, E. C., Ash, D. G., McBryde, D. J., Quarini, G. L. Energy conservation in ice slurry applications. Appl. Therm. Eng. 51, 1255-1262 (2013).
- Bédécarrats, J. -P., David, T., Castaing-Lasvignottes, J. Ice slurry production using supercooling phenomenon. Int. J. Refrig. 33, 196-204 (2010).
- Wijeysundera, N. E., Hawlader, M. N. A., Andy, C. W. B., Hossain, M. K. Ice-slurry production using direct contact heat transfer. Int. J. Refrig. 27, 511-519 (2004).
- Reynolds, O. On the extent and action of the heating surface of steam boilers. Proc. Lit. Philos. Soc. Manch. 14, 7-12 (1874).
- Reynolds, O. Papers on mechanical and physical subjects: reprinted from various transactions and journals. , Cambridge University Press. Vol. I, 1869-1882, Ch. 14. On the extent and action of the heating surface of steam boilers 81-85 (1900).
- Reynolds, O. Papers on mechanical and physical subjects. Int. J. Heat Mass Transfer. 12, 129-136 (1969).
- Prandtl, L. Eine Beziehung zwischen Wärmeaustausch und Strömungswiderstand der Flüssigkeiten (On the relation between heat exchange and stream resistance of fluid flow). Physik. Z. 11, 1072-1078 (1910).
- Prandtl, L. Bemerkung über den Wärmeübergang im Rohr (Note on heat transmission in pipes). Physik. Z. 29, 487-489 (1928).
- Taylor, G. I. Conditions at the surface of a hot body exposed to the wind. Rep. Memo. ACA. 272, (1916).
- Taylor, G. I. The Application of Osborne Reynolds' Theory of Heat Transfer to Flow through a Pipe. Proc. R. Soc. A. 129, 25-30 (1930).
- Kármán, T. v Proceedings of the Fourth International Congress for Applied Mechanics. , Cambridge, UK. 54-91 (1934).
- Kármán, T. v The analogy between fluid friction and heat transfer. Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 61, 705-710 (1939).
- Martinelli, R. C. Heat transfer to molten metals. Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 69, 947-959 (1947).
- Colburn, A. P. A method of correlating forced convection heat-transfer data and a comparison with fluid friction. Trans. Am. Inst. Chem. Eng. 29, 174-210 (1933).
- Colburn, A. P. A method of correlating forced convection heat-transfer data and a comparison with fluid friction. Int. J. Heat Mass Transfer. 7, 1359-1384 (1964).
- Chilton, T. H., Colburn, A. P. Mass Transfer (Absorption) Coefficients Prediction from Data on Heat Transfer and Fluid Friction. Ind. Eng. Chem. 26, 1183-1187 (1934).
- Friend, W. L., Metzner, A. B. Turbulent heat transfer inside tubes and the analogy among heat, mass, and momentum transfer. AIChE J. 4, 393-402 (1958).
- Bejan, A. Constructal-theory network of conducting paths for cooling a heat generating volume. Int. J. Heat Mass Transfer. 40, 799-816 (1997).
- Bejan, A., Lorente, S. Constructal theory of generation of configuration in nature and engineering. J. Appl. Phys. 100, 041301 (2006).
- Bejan, A., Lorente, S., Yilbas, B. S., Sahin, A. Z. Why solidification has an S-shaped history. Sci. Rep. 3, 1711 (2013).
- Lake, R. A., Lewis, E. L. Salt rejection by sea ice during growth. J. Geophys. Res. 75, 583-597 (1970).
- Wettlaufer, J. S., Worster, M. G., Huppert, H. E. Natural convection during solidification of an alloy from above with application to the evolution of sea ice. J. Fluid Mech. 344, 291-316 (1997).
- Paige, R. A. Stalactite Growth beneath Sea Ice. Science. 167, 171-172 (1970).
- Dayton, P. K., Martin, S. Observations of ice stalactites in McMurdo Sound, Antarctica. J. Geophys. Res. 76, 1595-1599 (1971).
- Eide, L. I., Martin, S. The formation of brine drainage features in young sea ice. J. Glaciol. 14, 137-154 (1975).
- Martin, S. Ice stalactites: comparison of a laminar flow theory with experiment. J. Fluid Mech. 63, 51-79 (1974).
- Jeffs, K., Attenborough, D. Frozen Planet: Episode 5 'Winter'. , BBC. (2011).
- Fothergill, A., Berlowitz, V., Attenborough, D. Ch. Winter: Life closes down. in Frozen Planet: A World Beyond Imagination. , BBC books. (2011).
- Yun, X., et al. Ice formation in the subcooled brine environment. Int. J. Heat Mass Transfer. 95, 198-205 (2016).
- Weast, R. C. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 64, 64 edn, CRC Press. 257-258 (1983).
- Bejan, A., Lage, J. L. The Prandtl Number Effect on the Transition in Natural Convection Along a Vertical Surface. J. Heat Transfer. 112, 787-790 (1990).
