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科學(xué)研究
科研進(jìn)展

廣州能源所在過冷水冰漿流動成核動力學(xué)以及粒徑演變研究方面取得系列進(jìn)展

文章來源:地?zé)崮芘c節(jié)能技術(shù)研究中心  |  發(fā)布時間:2024-10-21  |  【打印】 【關(guān)閉

  

近期,中國科學(xué)院廣州能源研究所儲能技術(shù)科研團(tuán)隊(duì)在過冷水冰漿流動成核動力學(xué)以及粒徑演變規(guī)律研究方面取得系列進(jìn)展,研究揭示了過冷水成核,以及成核后冰晶生長過程中的動力學(xué)變化規(guī)律。

科研團(tuán)隊(duì)在經(jīng)典成核理論的框架上,針對過冷水的流動成核現(xiàn)象,將流動剪切因素納入考量,提出了流動成核動力學(xué)理論模型,充分討論了過冷水在流動剪切作用下成核能壘、最小成核半徑等關(guān)鍵成核參數(shù)的變化情況。研究發(fā)現(xiàn),剪切成核過程中,加速過冷液體成核的關(guān)鍵因素并非剪切導(dǎo)致的形變,而是所導(dǎo)致的形變在遭遇阻礙后而釋放變形能量的本身。該研究可為過冷水冰漿制備的“防冰堵”、飛機(jī)機(jī)翼防冰和電線防冰等問題的研究提供理論指導(dǎo)。


流動剪切成核過程示意圖


除此之外,科研團(tuán)隊(duì)還針對成核后過冷態(tài)下的晶核粒徑演變規(guī)律展開研究。研究團(tuán)隊(duì)利用Euler-Euler固液兩相流模型與群體平衡模型進(jìn)行耦合,研究了在不同流速、過冷度、初始含冰率的情況下,水平直管內(nèi)過冷水冰漿流動過程中過冷解除、粒徑生長、粒徑分布、壓降的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,在較低的流速和較高的初始含冰率下,過冷解除的更快;在較高的過冷度和較低的流速下,冰晶粒徑增長的更快。該研究成果可為過冷水冰漿的“防冰堵”設(shè)計(jì)、冰漿流動優(yōu)化等提供理論指導(dǎo)。


促晶器內(nèi)冰晶成核和生長過程溫度變化


沿流動方向不同位置的含冰率變化


研究獲得重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(課題號:2021YFE0112500)、歐盟地平線項(xiàng)目(CO-COOL,課題號:No 101007976)等的資助。相關(guān)成果相繼發(fā)表于Chemical Engineering ScienceIce nucleation in supercooled water under shear,https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120674,第一作者為陳明彪博士,通訊作者為宋文吉研究員),International Journal of Heat and Mass TransferInvestigation on the evolution of ice particles and ice slurry flowcharacteristics during subcooling release,https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124008,第一作者為杜群博士生,通訊作者為宋文吉研究員)等期刊。

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