冰生成和传热传质现象将水引入到盐水冷水浴

Summary

在这里，我们提出了一个协议，当水被引入到盐水的冷浴，作为二次制冷剂，在一定温度范围内大大低于水的凝固点以证明冰的生成。它可以用作制造用于工业冰的另一种方法。

Abstract

我们证明用于在过冷盐水环境中的热与质量传递的冷冻现象和研究的方法。我们的试验表明，在适当的条件下，可以在水被引入到冷盐水浴来制造冰。以制造冰的形式，除了具有盐水和水混合，传热的速率必须绕过传质。当在微小液滴的盐水表面的形式被引入的水，热和质量传递的方式是通过扩散。浮力从下方与盐水混合停止水，但随着冰成长厚，它减慢传热率，使得冰更难以成长的结果。当在流动的形式盐水内引入水，许多因素被发现影响多少冰能形成。盐水洗涤温度和浓度，它们的热与质量传递的驱动力，分别可影响水 - 冰转换拉提O;低浴温及盐水浓度鼓励更多的冰形成。流动流变性，它可以直接影响同时传热和传质系数，也是一个关键的因素。此外，流动流变学变化与散装流体的流动的接触面积。

Introduction

冰浆在工业中广泛使用，并且一种特别成功的应用是冰清管技术^1，2。相比于常规的泡沫和固体猪，冰猪可以在很长的距离，通过复杂的拓扑行进的，因为液相的润滑效果和它的凝固点的，因为一些冰晶融化^3，4，5的高度。即使猪被卡住，可以简单地等待冰浆熔化并在稍后继续清洁过程。管道清洗的这种方法是便宜的，并易于使用。

冰馏分起着冰猪的性能起关键作用。为了测量冰分数，可以使用一个壶煮（法国媒体），以确定是否冰浆是足够厚^6，"> 7，一个高的壶煮冰馏分，通常为80％时，进行冰清管时需要。网上冰分数检测最近的研究表明，电磁和超声波适于作业^{8，9，10，11。}

冰猪通常是由一个刮面制冰机从5％（重量）NaCl溶液....

Protocol

注意:有两个有毒化学品，甲醇和乙二醇，在这些实验中使用。甲醇可以在人体内被代谢以产生甲醛，然后向甲酸或甲酸盐。这些物质是有毒的中枢神经系统，甚至可能导致死亡。乙二醇可被氧化成乙醇酸，然后可以变成草酸。这可能会导致肾功能衰竭而死亡。不要喝这些化学物质。立即咨询医生，如果发生事故。

1.冷却系统

注意:这是非常困难的，以保持盐水在-18℃左右，当环境温度是大约在室温下。重要的是存储乙二醇和盐水罐是公绝缘的合理大小的和，以避免多余的电力消耗，以确保最佳的系统性能。它建议在罐的大小不超过30 L。

1. 准备二次冷却液
   1. 倒入1升乙二醇进入二次冷却罐，罐A（基数:400毫米×200毫米，高度:350毫米）。水约0.6-0.65 L（600-650 G）添加到油箱A.
   2. 重复步骤1.1.1几次，直到有坦克A（25L）足够的液体。
   3. 搅拌流体，使该流体是均匀的。
   4. 开关在箱体A两个泵的全容量设置（2,500升/小时）。确保被困在换热器所有的泡沫和管道被释放。
   5. 关掉泵，以观察是否所有气泡被释放。如果没有，重复步骤1.1.4。
2. 盐水的制备
   注意:在这个例子中，22％（重量）的盐水中制备。如果需要其他浓度，补充盐分的质量也应该相应....

Results

图1比较的水在盐水表面水通过盐水注入引入的影响。在"冰盖"的情况下，形成的冰是固体，因为水不与散装流体混合得多。两种流体之间的温度和密度差异对水产生浮力，防止它们混合。两种流体是静态的（ 即，该传热比质量大得多;钪≈500，镨≈10，以及乐≈50），因此，冰能形成容易。既没有形成在这个实验糊状层也不盐排斥。一旦冰成长厚，它会阻碍热传递的速率，由于其低导热性，影响冰的形成速率。在这一点上，可以清楚地观察到，引入了"甜水"不再能够及时冻结成固体。此外，在没有对流，低热表面盐水本身l的电导率也阻碍了潜热从冷水槽的运输。的冰形成的速度直接与相关联，并且以盐水温度非常敏感。例如，在-15℃盐水洗涤水结冰比-13℃盐水快得多。在水喷射的情况下，冰的形状和大小是相关于流动流变性。在图1所示的冰的杆具有两个独特的部分:直链头后跟一个卷曲的尾巴。卷曲部形成更接近盐水表面，其中该流具有更多湍流给它。卷曲尾巴通常比因为紊流的发病，最大限度地减少热与质量传递速率之间的差的直头薄得多，特别是在流，其中所述热量和.......

Discussion

用盐水作为二次制冷剂冰生成的过程涉及的热与质量传递的组合。当热传递较大，则水之前冰形成具有与散装流体混合的机会。据观察，当存在引入的水和静止本体盐水之间的相对运动（即盐水内注入水）时，流程有助于传热，并鼓励冰以形成迅速。然而，当存在太多的湍流中的流动，可以产生没有冰。这种技术的最大限制是盐水的混合和稀释。盐水量将继续作为进程继续上升。因此，使得冰时这种方法，要意识到的上升盐水体积和滴盐水盐度的是重要的。此外，有人指出，如果没有收集所生成的冰，它会熔化。这可能是因为盐水是不在其熔化温度，从而允许热和形成的冰和散装流体之间的质量传递。的热与质量传递的方式是通过只扩散，和熔化的速度是缓慢的。然而，由于冰盐水表面上漂浮，来自周围环境的附加热量侵入提高冰融化的速率。由于这个原因，所产生的冰应迅速一旦被产生，以避免在盐水的体积进一步增加收集。

减少稀释或分离水和盐目前正在在我们的实验室研究。一项所述的许多思想是将注入的水重新引入到另一管是直径较大，使得水将只暴露于散装流体为很短的时间内，减少在二次制冷剂的量的变化。当水被暴露于盐水洗涤，随后在更大的管中的冰的生长的完成将发生冰.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
DMA 4500 M	Anton Paar	81546022	密度计
GELATO Chef 2200	magimix	0036500504R13	冰淇淋机
280D	FREEZE MASTER	241-1441	管道冷冻机
M17.5X2	蓝冰机	GK924	泥泞小狗机
HH68K	OMEGA	140045	温度计
OHAUS	TS4KW	1324	秤
ZFC321WA/BNI225	ZANUSSI	920672574-00	冷冻室
EIS 加热器矩阵	沃克斯豪	214720041	热交换器
2500LPH	JBA	AP-2500	泵
玻璃注射器	FORTUNA Optima		100 mL
燕麦浓缩冷却剂	wilko	P30409014	乙二醇
纯干燥真空盐	INEOS Enterprise	1433324	NaCl 盐
甲基化酒精	Barrettine	1170	甲醇