Name: 塩水の冷浴に水を導入するアイス生成と熱・物質移動現象 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: 学ぶ、水と高濃度冷塩水の直接接触による氷の生成と熱・物質移動の原理。この効率的な手法は、産業用製氷やエネルギー貯蔵、氷防護の研究に応用可能です。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

著者は何の確認応答がありません。

注意：これらの実験で使用される2つの有毒化学薬品、メタノール及びエチレングリコールがあります。メタノールは、ギ酸またはギ酸塩に、次にホルムアルデヒドを生成するために、人間の体内で代謝することができます。これらの物質は、中枢神経系に有毒であり、さらには死を引き起こす可能性があります。エチレングリコールは、次いでシュウ酸に変えることができ、グリコール酸に酸化することができます。これは、腎不全や死を引き起こす可能性があります。これらの化学物質を飲んではいけません。事故が発生した場合、すぐに医師に相談してください。 1.冷却システム注：周囲温度が室温でおよそとき-18℃で、またはそのように塩水を維持することは非常に困難です。エチレングリコール及び塩水を貯蔵タンクが過剰電力消費を回避するために、最適なシステム性能を確保するために十分に絶縁され、合理的なサイズであることが重要です。タンクのサイズは30、Lを超えていないことをお勧めします<ol><li> 二次冷却液を調製 <ol><li>二次冷却槽にエチレングリコールの1 Lを注ぎ、タンクA（ベース：200ミリメートル×400ミリメートル、高さ：350ミリメートル）。タンクAに水の約0.6から0.65 L（600〜650グラム）を追加</li><li>手順を繰り返し1.1.1数回タンクA（25 L）に十分な流体があるまで。 </li><li>流体が均一になるように、流体を撹拌します。 </li><li>フル容量設定（2500 L / H）にタンクA内の2つのポンプのスイッチをオンにします。熱交換器や配管の中に閉じ込め、すべての気泡がリリースされていることを確認します。 </li><li>すべての気泡が解放されるかどうかを観察するためのポンプのスイッチをオフにします。そうでない場合、ステップ1.1.4を繰り返します。 </li></ol></li><li> 塩水の調製 注：この例では、22重量％食塩水を調製します。他の濃度が必要な場合は、追加された塩の塊もそれに応じて変更する必要があります。参照ブライン濃度と密度の値は、ページD-257番目の64 番目の版 （1983年）の上で見つけることができます化学と物理学 46 の電子CRCハンドブック 。 <ol><li> 5-Lのプラスチックビーカーに水の4キロを追加します。 </li><li>電子規模でのNaCl塩の1キロを測定し、水を入れたビーカーの中にこの塩を注ぎます。 </li><li>溶液が透明になるまで混合物を攪拌（ すなわち、溶液中で目に見える塩粒子や水の気泡が存在しません）。 </li><li> 10-mLシリンジを用いて溶液のサンプルを取り、〜10 mLです。 </li><li> U字管密度計に流体を注入します。 </li><li>チューブ内の気泡を確認してください。いずれかがある場合は、それらを押し出すためのより多くの流体を注入します。 </li><li>押して「クイック設定」を選択し、「密度の温度。」 20°Cを押しを入力し、「OK。」密度計は、現在、この温度で流体の密度を測定します。 </li><li>押して起動し、その結果を待ちます。 </li><li> 1164.00キロ/メートル3で読書密度を比較してください。 </li><li>読み取りがcompariso以下であればより多くの塩を追加します。n個の密度。そうでない場合は、水を追加します。 </li><li>手順を繰り返し1.2.3-1.2.10流体密度が正しくなるまで（1164.00キロ/ m 3）で。 </li><li>より大きな容器にこのソリューションを注ぎ、コンテナA. </li><li>使用して、塩水の35-40 Lを作成し、-40℃で冷凍庫に容器Aを入れて1.2.1-1.2.12を繰り返します。その温度が（この22重量％の食塩水の凍結点）-19.18℃に達するまで、48〜72時間のためにそこに食塩水を保管してください。 </li></ol></li></ol>注入するための氷と洗浄水の調製<ol><li> 注入水が氷を準備 <ol><li>小容器（200×200×50ミリメートル）に1Lの水を注ぎます。 </li><li>別の容器と繰り返し手順2.1.1とは、-40℃で冷凍庫に2つのコンテナを配置します。 </li><li>全ての水が凍結されていることを確実にするために10時間以上冷凍庫に保管してください。 </li></ol></li><li> 洗浄水の氷のシェルを準備します <ol><li>水5リットルで5-Lのビーカーを埋めます。 </li><li> 2Lの水で2リットルのビーカーを埋めます。 </li><li>未凍結水周りの氷のラッピングの厚いシェルが存在するように8-10​​時間、-40℃冷凍庫に両方のビーカーを置きます。 </li><li>氷の殻の上部に3 cmの直径の穴を開くためにタップ3〜5メートル/秒の速度で高速のウォータージェットを使用してください。 </li><li>氷の殻の内側に水を抜きます。 </li><li>バック冷凍庫で2ビーカーを置きます。 </li><li>氷の殻の質量は、2つのビーカーのために3キロと1キロに達していない場合は、それぞれ、繰り返しは2.2.1-2.2.5ステップが、ステップ2.2.3で長い冷凍庫にビーカーを保ちます。 2ビーカーは今、それぞれ、2 Lおよび水1Lを含めることができるはずです。 </li></ol></li></ol> 3.水導入位置とレオロジー制御実験<ol><li> 塩水表面で水を導入 <ol><li>コンテナAから22重量％の冷食塩水の2リットルをデカント冷却ユニット上のアイスクリームメーカーとスイッチのアルミバケツ。 </li><li>温度計/熱電対（K-TypeやT型が適しているのいずれか）と食塩水の温度を測定します。塩水は、-15℃以下であれば、実験を続けていきます。 </li><li>室温で水道水で100 mLのガラスシリンジを埋めます。注射器の先端に2 mmの内径、厚さ1mm、および1-メートル長いシリコンチューブを取り付けます。 </li><li>注射器内の水とシリコンチューブの出口との間に頭があるように、特定の位置に注射器を置きます。静水圧は、チューブから水を絞るます。 </li><li>塩水に70 cmの、典型的に、シリコーンチューブのある長さに水没。 </li><li>静水圧は水が注射器を残すことを可能にするのに十分な大きさとなるよう注射器と管出口との間の相対位置を調整します。管がブロックされている場合、より高い垂直位置に注射器を上昇させることによりヘッドを増やし、UNTILは、静水圧は、チューブ内のせん断応力を克服することができます。 </li><li>およそ1cm以下ブライン表面の上方管出口を保管してください。 </li><li>水の出口は温度を聞かせすることができどのくらいの氷や塩水の表面で発生したどのくらいの混合を決定するために、流量を制御するために水没し、チューブの長さと注射器の高さを調整します。凍結現象は今塩水表面で観察されるはずです。さらに方向のためのリファレンス45を参照してください。 </li></ol></li><li> 食塩水を通して水を導入 <ol><li>繰り返しは、3.1.1-3.1.6を繰り返します。 </li><li>好ましくは、容器の底に、塩水内側管出口を保管してください。 </li><li>水没チューブの長さと注射器の高さを調整します。 </li><li>流れのレオロジーを制御するために、管出口の角度を調整します。 </li><li>繰り返して、最高の結合されたフローレオロジーを見つけ、ほとんどの氷を生成することができますレートを流れるように3.2.3-3.2.4を繰り返します。 </li></ol></li></ol><ol><li> 氷を作ります <ol><li>配管内に気泡がある場合は、グリコール循環システムから泡を解放してから、ポンプをオフにするタンクA内部の2つのポンプのスイッチをオンにします。 </li><li> 3冷凍機のスイッチを入れ、それらをエチレングリコール溶液を冷却するために10-16時間、実行してみましょう。 </li><li>温度計/熱電対とのエチレングリコール溶液を測定します。グリコール温度は約-25℃であるべきです。 </li><li>必ずそれは4.1.5に進む前に、℃〜-19であることを確認するために容器A内のブラインの温度を測定します。 </li><li>約30のコンテナAからの塩水のLとタンクAの2つのポンプのスイッチで、塩水タンク、タンクBを埋めます</li><li>私はそれよりも-19℃の冷たい場合はタンクAのグリコールの温度を測定し、熱交換器の外側に氷粒子の沈殿を防止するために、1つ以上の冷却ユニットのスイッチをオフnはタンクB.温度が予想されるブライン温度よりも暖かい場合は、すべての3つの冷却ユニットの電源をオンにします。 -17°Cまで-19°Cで実験を行います。 </li><li>絶縁された5-Lビーカー、容器Bにステップ2.1からの氷の2既成のブロックを置き、ビーカーに水の約3 Lを注ぎます。 </li><li>水の温度を測定し、温度が上昇した場合の実験の間で混合物を攪拌することにより2℃で保管してください。 </li><li> 2℃の水100mLでガラスシリンジを埋めます。 </li><li>結露と氷の形成を停止するタンクBのガラス窓にメタノールの5-10ミリリットルを適用します。 </li><li>一定の静水圧、したがって一定の流量が存在するように、注射器および管の出口との間の相対的な位置を調整することにより、塩水に水を注入します。シリコンチューブの約70センチ食塩水に沈めなければなりません。 0°に注入の角度を調整するように上向き悲惨で最初の水速度ction 0メートル/秒です。 注：注射器は、ハンドヘルドまたはスタンドにクランプすることができます。それは、スタンドを調整するために多くの時間がかかり、氷がチューブをブロックする可能性があるため、ブライン温度が、寒いときに手持ちの方がより適切です。一定の流量と噴射角度（0°）を確保することによって、およびおよそ3センチメートル管出口の上に冷凍フロンティアを維持することによって、実験を通して一貫した流れのレオロジーを保管してください。流れは、それが47乱流を回すために開始した領域に入らないようにしてください。さらに方向のためのリファレンス45を参照してください。 </li><li>ステップ4.2および4.3に記載されているように氷を収集します。異なるブライン温度で4.1.11 - を繰り返して、4.1.8を繰り返します。 </li></ol></li><li> 生成された氷を収集し、生産されるどのくらいの氷見積もり（ドライコレクション） <ol><li>規模で、容器（200×200×50 mm）を入れて、ボタン &quot;をオンにする」を押すと、読み取りをゼロ。 </li><li>氷をかき出すと振り払うふるいを使用して、塩水。 </li><li>容器にこの氷を入れてください。スケールを使用して氷の質量を測定します。 </li><li>氷が融解した後、サンプルを取るために10 mLの注射器を使用しています。密度計への液体のこのサンプルを注入します。 </li><li>手順を実行します1.2.6-1.2.9。 </li><li>密度の読みを記録します。 </li><li>その密度から純水の質量を計算する（ すなわち、氷に変換する水の質量）以下の式を使用して： <img alt="方程式" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq1.jpg" /> どこ<img alt="方程式" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq2.jpg" />重量％の塩水濃度であり、そして<img alt="方程式" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq3.jpg" />そして<img alt="方程式" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq4.jpg" />塩と水の質量はそれぞれ、あります。 </li></ol></li><li> 生成された氷を収集し、生産されるどのくらいの氷見積もり（ウェットコレクション） <ol><li>アイスシェル（ステップ2で5リットルのビーカーを埋めます。2）室温の水道水。 -40℃の冷凍庫に戻します。 </li><li>その温度は0℃であるときに2リットルのビーカーに5リットルのビーカーからの氷殻と水をデカント。 5-Lのビーカーを埋めます。冷凍庫に両方のビーカーを保管してください。 </li><li>ステップ4.1.8および4.1.9で生成した氷をかき出すと、それを洗浄するために氷の上に2リットルのビーカーからの水の200から500ミリリットルを注ぎます。 0℃の水を適用する前にふるいを振らないでください。 </li><li>ふるい内の流体を振り払います。 </li><li>繰り返しは、4.2.2-4.2.7を繰り返します。 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Cleaning and separation in conduits. UK patent. , GB2358229, WO0151224 (2001).</li>
<li>Quarini, J. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/222726601_Ice-pigging_to_reduce_and_remove_fouling_and_to_achieve_clean-in-place">Ice-pigging to reduce and remove fouling and to achieve clean-in-place.</a> Appl. Therm. Eng. 22, 747-753 (2002).</li>
<li>Evans, T. S., Quarini, G. L., Shire, G. S. F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140700707001132">Investigation into the transportation and melting of thick ice slurries in pipes.</a> Int. J. Refrig. 31, 145-151 (2008).</li>
<li>Shire, G. S. F., Quarini, G. L., Rhys, T. D. L., Evans, T. S. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/257128398_The_anomalous_pressure_drop_behaviour_of_ice_slurries_flowing_through_constrictions">The anomalous pressure drop behaviour of ice slurries flowing through constrictions.</a> Int. J. Multiph. Flow. 34, 510-515 (2008).</li>
<li>Shire, G. S. F., Quarini, G. L., Evans, T. S. <a target="_blank" href="http://fulltext.study/preview/pdf/648711.pdf">Pressure drop of flowing ice slurries in industrial heat exchangers.</a> Appl. Therm. Eng. 29, 1500-1506 (2009).</li>
<li>Evans, T. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Technical+Aspects+of+Pipeline+Pigging+with+Flowing+Ice+Slurries+%5B%5D%22">Technical Aspects of Pipeline Pigging with Flowing Ice Slurries [dissertation]</a>. , Department of Mechanical Engineering, University of Bristol. (2007).</li>
<li>Shire, G. S. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+behaviour+of+ice+pigging+slurries+%5B%5D%22">The behaviour of ice pigging slurries [dissertation]</a>. , Department of Mechanical Engineering, University of Bristol. (2006).</li>
<li>Hales, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/263737485_Ice_Fraction_Measurement_of_Ice_Slurries_through_Electromagnetic_Attenuation">Ice fraction measurement of ice slurries through electromagnetic attenuation.</a> Int. J. Refrig. 47, 98-104 (2014).</li>
<li>Hales, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/269724728_The_Effect_of_Salinity_and_Temperature_on_Electromagnetic_Wave_Attenuation_in_Brine">The effect of salinity and temperature on electromagnetic wave attenuation in brine.</a> Int. J. Refrig. 51, 161-168 (2015).</li>
<li>Hales, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Ice+slurry+diagnostics+through+electromagnetic+wave+attenuation+and+other+techniques+%5B%5D%22">Ice slurry diagnostics through electromagnetic wave attenuation and other techniques [dissertation]</a>. , Department of Mechanical Engineering, University of Bristol. (2015).</li>
<li>Lucas, E. J. K., Hales, A., McBryde, D., Yun, X., Quarini, G. L. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/283951498_Noninvasive_Ultrasonic_Monitoring_of_Ice_Pigging_in_Pipes_Containing_Liquid_Food_Materials">Noninvasive Ultrasonic Monitoring of Ice Pigging in Pipes Containing Liquid Food Materials.</a> J. Food Process. Eng. 40, e12306(2015).</li>
<li>Carrasco, J., Hodgson, A., Michaelides, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+molecular+perspective+of+water+at+metal+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">A molecular perspective of water at metal interfaces.</a> Nat. Mater. 11, 667-674 (2012).</li>
<li>Hu, X. L., Michaelides, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ice+formation+on+kaolinite%3A+Lattice+match+or+amphoterism%3F+%5BTitle%5D)+AND+%22Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Ice formation on kaolinite: Lattice match or amphoterism? </a> Surf. Sci. 601, 5378-5381 (2007).</li>
<li>Hu, X. L., Michaelides, A. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/244168678_The_kaolinite_0_0_1_polar_basal_plane">The kaolinite (0 0 1) polar basal plane.</a> Surf. Sci. 604, 111-117 (2010).</li>
<li>Leiper, A. N., Ash, D. G., McBryde, D. J., Quarini, G. L. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/256967634_Improving_the_thermal_efficiency_of_ice_slurry_production_through_comminution">Improving the thermal efficiency of ice slurry production through comminution.</a> Int. J. Refrig. 35, 1931-1939 (2012).</li>
<li>Leiper, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Carnot+cycle+optimisation+of+ice+slurry+production+through+comminution+of+bulk+ice+%5B%5D%22">Carnot cycle optimisation of ice slurry production through comminution of bulk ice [dissertation]</a>. , Department of Mechanical Engineering, University of Bristol. (2012).</li>
<li>Leiper, A. N., Hammond, E. C., Ash, D. G., McBryde, D. J., Quarini, G. L. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/271559602_Energy_conservation_in_ice_slurry_applications">Energy conservation in ice slurry applications.</a> Appl. Therm. Eng. 51, 1255-1262 (2013).</li>
<li>Bédécarrats, J. -P., David, T., Castaing-Lasvignottes, J. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/245053319_Ice_slurry_production_using_supercooling_phenomenon">Ice slurry production using supercooling phenomenon.</a> Int. J. Refrig. 33, 196-204 (2010).</li>
<li>Wijeysundera, N. E., Hawlader, M. N. A., Andy, C. W. B., Hossain, M. K. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/229303526_Ice-slurry_production_using_direct_contact_heat_transfer">Ice-slurry production using direct contact heat transfer.</a> Int. J. Refrig. 27, 511-519 (2004).</li>
<li>Reynolds, O. On the extent and action of the heating surface of steam boilers. Proc. Lit. Philos. Soc. Manch. 14, 7-12 (1874).</li>
<li>Reynolds, O. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aReynolds%2C+O+%22Papers+on+mechanical+and+physical+subjects%3A+reprinted+from+various+transactions+and+journals%22">Papers on mechanical and physical subjects: reprinted from various transactions and journals</a>. , Cambridge University Press. Vol. I, 1869-1882, Ch. 14. On the extent and action of the heating surface of steam boilers 81-85 (1900).</li>
<li>Reynolds, O. Papers on mechanical and physical subjects. Int. J. Heat Mass Transfer. 12, 129-136 (1969).</li>
<li>Prandtl, L. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-11836-8_44">Eine Beziehung zwischen Wärmeaustausch und Strömungswiderstand der Flüssigkeiten (On the relation between heat exchange and stream resistance of fluid flow).</a> Physik. Z. 11, 1072-1078 (1910).</li>
<li>Prandtl, L. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-11836-8_130">Bemerkung über den Wärmeübergang im Rohr (Note on heat transmission in pipes).</a> Physik. Z. 29, 487-489 (1928).</li>
<li>Taylor, G. I. Conditions at the surface of a hot body exposed to the wind. Rep. Memo. ACA. 272, (1916).</li>
<li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.jstor.org/stable/95514?seq=1#page_scan_tab_contents">The Application of Osborne Reynolds' Theory of Heat Transfer to Flow through a Pipe.</a> Proc. R. Soc. A. 129, 25-30 (1930).</li>
<li>Kármán, T. v <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aK%C3%A1rm%C3%A1n%2C+Tv+%22Proceedings+of+the+Fourth+International+Congress+for+Applied+Mechanics%22">Proceedings of the Fourth International Congress for Applied Mechanics</a>. , Cambridge, UK. 54-91 (1934).</li>
<li>Kármán, T. v The analogy between fluid friction and heat transfer. Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 61, 705-710 (1939).</li>
<li>Martinelli, R. C. Heat transfer to molten metals. Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 69, 947-959 (1947).</li>
<li>Colburn, A. P. <a target="_blank" href="http://www.worldcat.org/title/method-of-correlating-forced-convection-heat-transfer-data-and-a-comparison-with-fluid-friction/oclc/35848717">A method of correlating forced convection heat-transfer data and a comparison with fluid friction.</a> Trans. Am. Inst. Chem. Eng. 29, 174-210 (1933).</li>
<li>Colburn, A. P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0017931064901255">A method of correlating forced convection heat-transfer data and a comparison with fluid friction.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 7, 1359-1384 (1964).</li>
<li>Chilton, T. H., Colburn, A. P. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie50299a012">Mass Transfer (Absorption) Coefficients Prediction from Data on Heat Transfer and Fluid Friction.</a> Ind. Eng. Chem. 26, 1183-1187 (1934).</li>
<li>Friend, W. L., Metzner, A. B. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/229776452_Turbulent_heat_transfer_inside_tubes_and_the_analogy_among_heat_mass_and_momentum_transfer">Turbulent heat transfer inside tubes and the analogy among heat, mass, and momentum transfer.</a> AIChE J. 4, 393-402 (1958).</li>
<li>Bejan, A. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/223601884_Constructal-theory_Network_of_Conducting_Paths_for_Cooling_a_Heat_Generating_Volume">Constructal-theory network of conducting paths for cooling a heat generating volume.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 40, 799-816 (1997).</li>
<li>Bejan, A., Lorente, S. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/234911209_Constructal_theory_of_generation_of_configuration_in_nature_and_engineering">Constructal theory of generation of configuration in nature and engineering.</a> J. Appl. Phys. 100, 041301(2006).</li>
<li>Bejan, A., Lorente, S., Yilbas, B. S., Sahin, A. Z. <a target="_blank" href="http://www.academia.edu/15487976/Why_solidification_has_an_S-shaped_history">Why solidification has an S-shaped history.</a> Sci. Rep. 3, 1711(2013).</li>
<li>Lake, R. A., Lewis, E. L. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/JC075i003p00583/abstract">Salt rejection by sea ice during growth.</a> J. Geophys. Res. 75, 583-597 (1970).</li>
<li>Wettlaufer, J. S., Worster, M. G., Huppert, H. E. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/231890446_Natural_convection_during_solidification_of_an_alloy_from_above_with_application_to_the_evolution_of_sea_ice">Natural convection during solidification of an alloy from above with application to the evolution of sea ice.</a> J. Fluid Mech. 344, 291-316 (1997).</li>
<li>Paige, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stalactite+Growth+beneath+Sea+Ice%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Stalactite Growth beneath Sea Ice.</a> Science. 167, 171-172 (1970).</li>
<li>Dayton, P. K., Martin, S. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/240484312_Observations_of_Ice_Stalactites_in_McMurdo_Sound_Antarctica">Observations of ice stalactites in McMurdo Sound, Antarctica.</a> J. Geophys. Res. 76, 1595-1599 (1971).</li>
<li>Eide, L. I., Martin, S. The formation of brine drainage features in young sea ice. J. Glaciol. 14, 137-154 (1975).</li>
<li>Martin, S. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/231803789_Ice_stalactites_Comparison_of_a_laminar_flow_theory_with_experiment">Ice stalactites: comparison of a laminar flow theory with experiment.</a> J. Fluid Mech. 63, 51-79 (1974).</li>
<li>Jeffs, K., Attenborough, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJeffs%2C+K+%22Frozen+Planet%3A+Episode+5+%27Winter%27%22">Frozen Planet: Episode 5 'Winter'</a>. , BBC. (2011).</li>
<li>Fothergill, A., Berlowitz, V., Attenborough, D. Ch. Winter: Life closes down. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFothergill%2C+A+%22in+Frozen+Planet%3A+A+World+Beyond+Imagination%22">in Frozen Planet: A World Beyond Imagination</a>. , BBC books. (2011).</li>
<li>Yun, X., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/287800102_Ice_formation_in_the_subcooled_brine_environment">Ice formation in the subcooled brine environment.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 95, 198-205 (2016).</li>
<li>Weast, R. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWeast%2C+RC+%22CRC+Handbook+of+Chemistry+and+Physics%22">CRC Handbook of Chemistry and Physics</a>. 64, 64 edn, CRC Press. 257-258 (1983).</li>
<li>Bejan, A., Lage, J. L. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/236541062_The_Prandtl_Number_Effect_on_the_Transition_in_Natural_Convection_Along_a_Vertical_Surface">The Prandtl Number Effect on the Transition in Natural Convection Along a Vertical Surface.</a> J. Heat Transfer. 112, 787-790 (1990).</li>
</ol>

著者らは、開示することは何もありません。

二次冷媒として食塩水を使用して、氷の生成のプロセスは、熱および物質移動の組合せを含みます。熱伝達が大きい場合には、水の前に氷の形態は、バルク流体と混合するための機会を有します。これは、導入された水（ すなわち、塩水内の水を注入する）静止バルク食塩水との間の相対的な動きがあるとき、流れが熱伝達を助け、迅速に形成する氷を促進することが観察されました。あまりにも多くの乱流が流れの中に存在するときしかし、何の氷が生成することはできません。この技術の最大の制約は、塩水の混合および希釈です。塩水の量は、プロセスが継続するよう上昇し続けます。この方法で氷を作るときしたがって、上昇塩水量及び滴下ブライン塩分を認識することが重要です。加えて、生成された氷が収集されていない場合、それが溶融することが観察されました。ブラインは、両方の加熱を可能にする、その溶融温度ではないからであってもよいです形成された氷とバルク流体間の物質移動。熱及び物質移動のモードは、拡散によってであり、そして融解の速度が遅いです。氷が塩水表面に浮かぶので、周囲環境からの追加の熱侵入が氷の融解の速度を向上させます。塩水の量のさらなる増加を回避するために生産されるようにな...

<html>氷スラリーは、広く産業界で使用され、一つの特に成功したアプリケーションを氷ひどい技術1、2です。従来の発泡体と固体ブタと比較して、氷ブタため、液相の潤滑効果と結晶は3、4、5を溶融氷の一部としての凝固点の標高の長距離複雑なトポロジを通過することができ。豚が立ち往生しても、一つは単純に溶融し、それ以降の洗浄プロセスを再開するために氷スラリーを待つことができます。配管洗浄するこの方法は、安価で使いやすいです。 氷画分を氷豚の性能において重要な役割を果たしています。氷の割合を測定するためには、氷スラリーは6十分に厚いかどうかを判断するためにCAFETIERE（フレンチプレス）を使用することができ、「氷のひどいを行う場合&gt; 7。高CAFETIEREアイス画分は、典型的には80％が、必要とされる。オンライン氷フラクション検出に関する最近の研究では、両方の電磁超音波ジョブ8、9、10、11に適していることが示されました。 氷のブタは、通常5重量％NaCl溶液（塩水）から掻き取り表面製氷機によって行われます。また、業界で氷スラリーを作る主要な方法です。製氷機のこのタイプは、冷たい金属表面、一般的に滑らかな316鋼表面に水または食塩水を凍結した後、周期的にオフ氷粒子を剪断します。液体-金属界面は、非常に複雑であり、12製氷に不可欠な要素の広い範囲に影響されます。非金属と水との間のインターフェースは非常に異なることができ、一つの特に興味深い例は、カオリナイトです。 Kaolinite -水界面はの固体表面に隣接して有利な氷の構造がないので特別ではなく、むしろ、それ13の上に14を形成するために、氷のような水素結合クラスタを促進両性基質液の層。氷ブタを生産する別の方法は、高濃度の食塩水を同時に添加しながら既成の氷のブロックを粉砕が必要です。何の凝固点降下（FPD）は氷の形成の前に添加されていないので、この方法では、冷凍システムは、はるかに高い蒸発温度で実行することができます。それが故に、所定の冷却デューティ15、16、17のための低下による圧縮比と小さく、電力をより効率的であると考えられます。 他の二つの氷の生産方法があります。過冷却水から氷を製造し、直接接触して冷媒と水を入れて<supクラス= &quot;外部参照&quot;&gt; 18、19。過冷却方法は、氷の核生成及び成長を生成するために、準安定過冷却水を乱すことを含みます。この方法の最大の問題は、システムをブロックすることができ、不要な氷の形成です。冷媒や潤滑油のいずれも最終氷製品に指名手配されているため、直接接触法は、氷の全くのには適していないと考えられています。 氷の形成は、デュー・プロセスで生成された融解潜熱に熱および物質移動を必要とします。これは、第一のガス中の熱および質量の輸送を強力に結合され、同様の数式20で表すことができることを1874年にオズボーンレイノルズによって発見されました。この作品は、運動量、熱のテーマに先駆的な論文、および流体中の物質移動を形成し、数回21、22を復刻しました。この主題は、それまでに研究されました気体、液体、溶融金属23の分析および実験的両方のアプローチから他の数、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33。別に熱および物質移動から、流体は、樹枝状の氷の成長が開発することができ核形成部位を必要とします。氷の結晶の成長に近代的な洞察は、氷がこの方法34、35、36で成長する理由を説明するために、エイドリアンBejanによって開発された、Constructal法を使用しています。 塩水での氷の形成は、塩の存在に起因する純水のそれとは非常に異なっています。まず第一に、<html>塩は、流体の熱力学を変更し、その凝固点を押下します。第二に、塩は、（温度が共晶点に達したときにのみ形成することができる、hydrohaliteを除く）氷マトリックス中に溶解することができず、氷が成長し始めると、それは、バルク流体に拒否されます。塩の拒絶はラボ37、38で研究海氷と氷の両方で発見されました。拒否された高濃度の塩水がよく、海の水の凝固点以下の温度であるので、それが下降するように、氷が流れるブラインおよび静止バルク流体との間の界面に成長します。またbriniclesという名前のこれらの氷の鍾乳石は、最初のマクマードサウンド、南極で発見された、実験39、40、41、42を研究しました。 2011年、BBCはそのフローズンプラネットシリーズのbriniclesの形成を撮影します&quot;外部参照&quot;&gt; 43、44。 私たちの研究室では、水が冷たい塩水浴に導入されたときに流れると静止流体を逆転させることにより、水が正しい条件の45の下で氷に変換することができることが発見されました。これは、水が導入される位置は、レオロジーの流れ、及びブライン温度と濃度が非常に氷を製造することができるかに影響を及ぼすすべての主要な要因であることが見出されました。本研究の全体的な目標は、製氷機が上昇し、蒸発器の温度および液体対液体の熱伝達率が高いが、エネルギー使用の効率を高めることができることを考慮すると、氷スラリーを生成するために、この機構を介して開発することができるかどうかを調べることです。この記事では、実験の重要な側面を共有しています。

<table><tbody><tr><td>DMA 4500 M</td><td>アントンパール</td><td>81546022</td><td>密度メーター</td></tr><tr><td>GELATO シェフ 2200</td><td>magimix</td><td>0036500504R13</td><td>アイスクリームメーカー</td></tr><tr><td>280D</td><td>フリーズマスター</td><td>241-1441</td><td>パイプフリーザー</td></tr><tr><td>M17.5X2</td><td>ブルーアイスマシン</td><td>GK924</td><td>スラッシュ パピーマシン</td></tr><tr><td>HH68K</td><td>オメガ</td><td>140045</td><td>温度</td></tr>計 <tr><td>オーハウス</td><td>TS4KW</td><td>1324</td><td>スケール</td></tr><tr><td>ZFC321WA / BNI225</td><td>ZANUSSI</td><td>920672574-00</td><td>冷凍庫</td></tr><tr><td>EISヒーターマトリックスボ</td><td>クスホール</td><td>214720041</td><td>熱交換器</td></tr><tr><td>2500LPH</td><td>JBA</td><td>AP-2500</td><td>ポンプ</td></tr><tr><td>ガラスシリンジ</td><td>FORTUNA Optima</td><td></td><td>100 mL</td></tr><tr><td>OAT濃縮クーラント</td><td>wilko</td><td>P30409014</td><td>エチレングリコール</td></tr><tr><td>純粋な乾燥真空塩</td><td>イネオスエンタープライズ</td><td>1433324</td><td>NaCl塩</td></tr><tr><td>メチル化スピリッツバ</td><td>レッチン</td><td>1170</td><td>メタノール&nbsp;</td></tr></tbody></table>

塩水の冷浴に水を導入するアイス生成と熱・物質移動現象

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

我々は、熱および物質移動のと過冷却塩水環境における凍結現象の研究のための方法を示しています。我々の実験は、水が冷たい塩水浴に導入されたときに適切な条件下で、氷を製造することができる、ことを示しました。ブラインおよび水混合物を有することに加えて、氷の形を作るために、熱伝達率は、物質移動のことを回避しなければなりません。水は塩水表面に小さな液滴の形態で導入されたとき、熱及び物質移動のモードは、拡散によるものです。浮力が下に食塩水との混合から水を停止しますが、氷が厚く成長するにつれて、それが結果として成長することがより困難で氷を作り、熱伝達の速度を遅くします。水の流れの形態で塩水内部に導入されると、多くの要因は、氷が形成することができるどのくらい影響を与えることが見出されています。熱及び物質移動の駆動力であるブライン温度と濃度は、それぞれ、水と氷変換RATIに影響を与えることができO;低い浴温およびブライン濃度は、形成するために、より多くの氷を奨励します。直接熱および物質移動係数の両方に影響を与えることができるフローレオロジーは、また重要な要因です。また、フローレオロジーはバルク流体と流体の接触面積を変化させます。

図1は、食塩水を介して注入される水に食塩水の表面で導入された水の効果を比較します。水はバルク流体とのあまりを混ぜていなかったので、「アイス・キャップ」のシナリオでは、形成された氷は固体です。二つの流体の間の温度と密度差は、水の浮力を発生し混合するのを防止します。両方の流体は、静的である（ すなわち、伝熱質量よりもはるかに大きく、Scは≈500、Prの≈10、ル≈50）ので、氷が容易に形成することができます。この実験でどろどろ層や塩除去率のいずれも形成があります。氷が厚く成長すると、それは、その低い熱伝導率への熱伝達の速度を妨害し、氷形成の速度に影響を与えます。この時点で、明らかに導入された「甘い水」はもはや迅速に固体に凍結することができないことを観察することができます。また、対流のない、低THERMA塩水自体のリットルの導電率もコールドシンクからの潜熱の輸送を妨げます。氷の形成速度に直接に関連し、ブライン温度に非常に敏感です。例えば、-15℃の塩水中の水は-13℃のブラインよりもはるかに高速にフリーズします。注水の場合...

ここでは、水は温度範囲井戸下水の凝固点において、二次冷媒として、飽和食塩水の冷浴に導入されたときに氷の生成を実証するためのプロトコルを提示します。これは、産業用の氷を製造する別の方法として使用することができます。

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

この実験の全体的な目標は、水と高濃度の冷たい塩水が直接接触した場合の氷と熱の形成、および物質移動を調査することです。この方法は、熱および物質移動分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。たとえば、氷の保護とエネルギー貯蔵に関連しています。この技術の主な利点は、蒸発温度が低く、効率的であることです。この実験では、35〜40リットルの塩水を少量調製する必要があります。小さなバッチを準備するには、プラスチック製の5リットルのビーカーに4キログラムの水と1キログラムの塩化ナトリウムから始めます。電子スケールで測定されます。ビーカーに塩を水で入れず、溶液が透明になるまで混合物を攪拌します。次のステップは、YouTube密度計で密度をテストすることです。10ミリリットルの注射器を使用し、溶液をサンプルとして約10ミリリットルを引き出します。サンプルをYouTube密度計に注入し、気泡がないことを確認してから続行します。密度計のコントロールで摂氏20度の温度を入力します。その後、測定を開始します。測定値を参考値と比較し、必要に応じて水分と塩分を調整します。コレクトブラインは、摂氏マイナス40度に保たれた冷凍庫に保管する必要があります。それはそれが氷点、48から72時間に達するまでそこに保たれるべきです。冷凍庫には、実験用に準備された他のアイテムが保管されます。水を注入するために使用される氷のブロックが2つあります。容器に1リットルの水を注ぎ、冷凍して作ります。冷凍庫には氷の殻も2つあります。1つの氷殻は5リットルのビーカーに入っており、2リットルの水を入れることができるはずです。もう1つの氷の殻は2リットルの容器に入っており、容量は1リットルである必要があります。実験のセットアップには、3つの主要な要素があります。熱交換器を使用して冷却されたブラインタンクがあり、その中に流れを観察するための窓があります。二次冷却剤がブラインタンク熱交換器を介してポンプで送られるタンクがあります。二次クーラントは、3つの冷凍ユニットを使用して冷却されます。この図では、配置を示しています。二次クーラントタンクは、クーラントが摂氏マイナス25度になるまで、冷凍ユニットで10〜16時間充填および冷却する必要があります。二次冷却剤の準備ができたら、30リットルの塩水を貯蔵タンクから実験の塩水タンクに移します。これが完了したら、熱交換器を介して二次冷却剤の循環を開始します。二次クーラントの温度を定期的に監視します。マイナス17度からマイナス19度の間に維持するには、冷蔵ユニットのオンとオフを切り替えます。次に、ブラインに水を注入する準備をします。これには、事前に作られた氷のブロック、断熱された5メートルのビーカー、約3リットルの水、および100ミリリットルのガラス注射器で作業する必要があります。事前に作成されたブロックを断熱ビーカーに入れます。次に、ビーカーに約3リットルの水を注ぎます。水温を監視し、摂氏2度に維持します。次に、100ミリリットルのガラス製シリンジで作業します。シリンジには、タンクに水を注入するためにシリコンチューブが接続されている必要があります。チューブを使用して、ビーカーからの摂氏2度の水でシリンジを満たします。次に、開いたチューブをブラインに入れます。チューブを支えて、その開放端がブラインに水平に保持されるようにします。タンクの窓からの流れを観察し、一定の速度で水を注入します。氷の収集には、セットアップの近くにスケール付きのテーブルを用意します。サンプル採取用の容器を入手します。それをはかりの上に置き、はかりを引き裂きます。ブラインタンクで、シブを使用してサンプルを収集します。ドライコレクションの場合は、氷をスコープアウトしてから、シブを振って塩水を取り除きます。サンプルをはかりに持って行き、氷を容器に入れ、その質量を記録します。氷が溶けるのを待ってから、10ミリリットルの注射器を使用して水のサンプルを採取します。密度計に移動し、サンプルを注入します。摂氏20度の温度で密度を測定し、値を記録します。ウェットコレクションの手順では、セットアップと冷凍庫の近くにテーブルとスケールを用意します。さらに、約5リットルの室温の水道水をビーカーから始めます。そこで冷凍庫を開けることから続けます。準備された5リットルのビーカーと氷の殻を見つけ、ビーカーを完全に満たすために室温の水道水を追加します。ビーカーの水が摂氏0度まで冷えるのを待ちます。次のステップでは、より多くの水道水を用意してください。冷凍庫で、前に準備した2リットルのビーカーにアクセスできることを確認してください。5リットルのビーカーに加えた水が摂氏0度に達すると、2リットルのビーカーにタイタニック号が入ります。次に、室温の水を使用して、5リットルのビーカーを再度満たします。2リットルのビーカーの水が必要になるまで冷凍庫を閉じます。サンプルを採取するため。まず、はかりで容器を引き裂きます。次に、シブで塩水溶液に行きます。氷を振らずに一部の氷をスコープアウトします。次に、冷凍庫から2リットルの容器を取り出し、集めた氷の上に摂氏0度の水を200〜500ミリリットル注ぎます。先に進む前に、氷の上で液体を振ってください。次に、氷をはかりの上の容器に入れ、その質量を記録します。氷が溶けたら、サンプルを採取して密度測定を行います。密度計に移動し、サンプルを注入します。摂氏 20 度の温度で密度を測定し、その値を記録します。このデータは、床に平行な水平線に対して 0 度の注水角度に関するものです。氷に変換される水の割合は、垂直軸に沿っています。ブラインの温度は横軸に沿っています。上位3つのデータセットは、湿式収集法で収集された塩水濃度と氷の差です。この線は、尊重されるデータセットへの線形適合を表します。調査した3つの濃度では、ブライン濃度が増加すると、分流率は減少します。下の 3 つのデータセットは、乾式収集法を使用した同じブライン濃度のものです。すべてのデータセットで、コンバージョン率が高く、温度が低いという傾向にあります。この研究をマスターすると、適切に準備されていれば、3時間で完了します。ウェットコレクションを試みるときは、特に塩水の力を加えるときに一貫性を保つことが重要です。このビデオを見れば、注入された流れの塩水の温度、濃度、放射線学を調整することで、水と氷の変換比を最大化する方法について十分に理解できるはずです。

ice-generation-heat-mass-transfer-phenomena-introducing-water-to-cold

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

私たちは、X線マイクロトモグラフィーを使用して、貯留層条件での複数の流体相のイメージングの方法論を提示します。炭酸塩岩サンプルにおける毛細管トラップの代表的な結果をいくつか示します。...

X線マイクロトモグラフィーを使用した複数の流体相の貯水池条件ポアスケールのイメージング

プール沸騰熱伝達実験は、熱伝達係数（HTC）のハイブリッド湿潤性パターンの影響を観察するために実施しました。調査のパラメータは、インターラインの数および修飾湿潤性表面のパターンの向きです。...

ハイブリッド湿潤性パターンを持つ円筒面上のプール沸騰熱伝達の強化

拡散対流 (DC) は広く自然のプロセスと同種の対流層と成層界面と階段の連続によって特徴付けられる、エンジニア リング アプリケーションで発生します。実験手順、長方形タンクの生成、開発および消失を含む、DC...

拡散対流における階段形状の進化

ここでは、集積回路微細加工技術を用いてSiO2/Siウエハースからガス包絡膜(GEM)を実現するための段階的なプロトコルです。シリカ-GEMを水に浸すと、水を使うシリカの組成にもかかわらず、水の侵入が防止されます。...

水を愛するSiO2 /Si/SiO2ウェハーから得られるガス包み込み膜の概念実証

このプロトコルの目的は、化学庭園の注入実験を介してシミュレートされた熱水煙突を形成し、教育目的のために再現することができる3D印刷可能な凝縮器を使用して、無機沈殿膜を横切って熱勾配を導入することです。...

熱勾配環境における初期の地球熱水煙突のシミュレーション

この実験の目的は、水中で自己組織ディスコ両親媒性物質のサイズ、形状と安定性を決定し、制御することである。水性ベースの超分子ポリマーの制御のようなレベルは非常に困難である。私たちは、反発と引力相互作用の両方を使用して戦略を適用します。このシステムを特徴づけるために適用された実験的な技術が広く適用されます。...

水中での超分子ポリマーのサイズ、形状と安定性を制御する

水平方向と垂直方向の電気流体の液体ブリッジは、高強度の電界と極性液体誘電体との相互作用を探索するためのシンプルで強力なツールです。 3つの液体（ 例えば 、水、DMSO、およびグリセロール）のためのサーモグラフィー画像を含む基本的な装置および動作例の構成は、提示されている。...

ポーラー液体誘電体から電気流体橋の調製

ロボットプラットフォームは、流体力学的性能-力と水泳カリフォルニアアシカ-の流れ場を研究するために使用されることが記載されています。ロボットはその推進ストローク（ '拍手'）の動きを再現するために、モータにより作動される動物のforeflipperのモデルです。...

カリフォルニアアシカのForeflipperを研究するためのロボットプラットフォーム

高精度加工を使用した水溶性塩化物のプロファイルを取得するためのプロトコルが表示されます。...

セメント ペーストの水溶性塩化物の分布を高精度に検出

本稿では、1 つまたは二相流でローカルの瞬時対流熱伝達率の測定を目的とした方法を説明します。長さと一定の速度で移動細長い (テイラー)...

管内の単相およびフロー ローカル瞬時対流熱伝達の測定

学ぶ、水と高濃度冷塩水の直接接触による氷の生成と熱・物質移動の原理。この効率的な手法は、産業用製氷やエネルギー貯蔵、氷防護の研究に応用可能です。

塩水の冷浴に水を導入するアイス生成と熱・物質移動現象

さらに動画を探す