冰浆存储过程中冰晶粒径演化的影响因素研究

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1、第12卷第4期热科学与技术VO1．12NO．42013年1Z月JournalofThermalScienceandTechnologyDec．20l3文章编号：1671—8097(2013)04—0307—06DOI：10．3969／j．issn．1671—8097．2013．04．005冰浆存储过程中冰晶粒径演化的影响因素研究刘志强，王肖肖，王小倩，徐爱祥(中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙410083)摘要：应用数群平衡模型研究冰浆存储过程中添加剂种类、质量分数、耗损率、含冰率对冰晶演化过程的影响。结果表明：存储过程中冰晶是不断增长的，可以通过加入添加剂来抑制冰晶的增长；添加荆的种类和质

2、量分数是影响冰晶粒径增长的主要因素，耗损率与含冰率对冰晶粒径的动态变化影响较小；三种添加剂抑制冰晶增长的效果由大到小依次吐温8O、乙二酵、氯化钠。关键词：冰浆存储；数群平衡模型；冰晶演化；粒径分布；添加剂中图分类号：TB61．1文献标识码：AO引言1冰浆数群平衡模型的建立冰浆是指含有大量悬浮冰晶粒子的固液两相1．1冰浆数群平衡模型溶液，也称“流体冰”或“可泵冰”，其中冰晶颗粒的在冰浆均匀存储中冰晶粒子均匀地分布在存平均尺寸不超过1mm，冰浆作为一种新型无污储器内[¨]，虽然冰晶粒子会受到载流溶液和冰浆染的蓄冷载冷介质，其蓄冷量大、传热效率高口]、本身流动及与外界传热的影响，但可假定冰晶粒贮存方

3、便且无污染，具有良好的流动和传热性能。径密度分布不受外部空间的影响且忽略与外界的因此，冰浆具有广阔的应用前景。热量交换。由于冰晶的成核和生长对冰晶分布影国内外学者对冰浆展开了多角度研究。Pronk等[2]从结晶动力学角度出发，理论上分析了冰晶响较小，因此只考虑破碎作用和团聚作用，并且假生长是Oswald熟化效应的结果。Oerstlauer等[5]设冰晶是球形。零维空间下冰浆的数群平衡模借助数群平衡模型对稳态连续性与间歇性结晶现型踟表达式为象进行分析，通过模拟得出结晶装置中晶体粒径分生一Bbr+Db+Bg+D。(1)布情况。Delahaye等[7]与Chegnimonhan等]对不同种类添加剂影

4、响冰晶生长情况进行研究，认为水破碎项：合物冰晶粒子的尺寸要小于纯水冰晶。尽管对冰Bbr+Db一ly()6(z)P(fz)厂(，t)dx～浆存储特性做了较深的研究，但是对于冰浆存储过程中影响冰晶粒径分布的因素研究很少。6(z)f(x，￡)(2)数群平衡模型是一种可以描述多相流中分散聚集项：粒子分布的方法，能够有效描述分散相粒子微观Bg+D。：1／2la(x—z，z)厂(—，)×动态演变行为，已经广泛应用于医药制造、燃烧、化学工程等领域。本文应用数群平衡模型对冰浆f(x，￡)dx—la(x．．27)×f(x，)存储期间冰晶的粒径演化进行研究，模拟不同添加剂种类和质量分数、耗损率、含冰率下冰晶粒径厂

5、(z，t)dx(3)的演化，讨论抑制冰晶过快增长的方法。式(1)～(3)中各项含义详见表1。收稿日期：2013—06—18：修回日期：2013—09—23．基金项目：国家自然科学基金资助项目(51376198)；中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2012zzts017)；湖南省自然科学基金资助项目(11JJ22O29)；国家留学基金资助项目(2009637517)．作者简介：刘志强(1970一)，男，湖南岳阳人，博士，教授，主要从事储能系统的热动力学研究．E-mail：liuzq@CSU．edu．CTI热科学与技术第12卷表1武(1)～(3)中各项含义Tab．1Meaningin

6、formula(1)～(3)㈥B％Bcc))，『表达式含义内属性z的冰晶密度分布函数破碎行为导致冰晶密度分布的增加项聚集行为导致冰晶密度分布的增加项破碎行为导致冰晶密度分布的减少项聚集行为导致冰晶密度分布的减少项内属性为z的冰晶的破碎率破碎概率，内属性z冰晶破碎后会形成内属性z冰晶的概率内属性z的冰晶破碎一次产生内属性冰晶粒子的平均个数，通常在计算时简化为(z)；2单位时间，内属性z与z冰晶产生一次聚集现象的概率分数聚集事件是由两个冰晶的共同参与下进行的，可避免碰撞聚集事件重复发生冰晶的内属性选择冰晶粒径，方程中b(x)、之间的相对误差在误差范围内，说明该模型准确P(xIX)、a(x，X)按文

7、献[2，10一ii]计算。采用可靠。有限容积法对式(3)中聚集项和破碎项进行离表2实验中氯化钠的物性参数散n]，时间项采用显示格式离散]，得到离散方Tab．2PhysicalparametersofNaC1intheexperiment程，从而得到冰晶粒径演化的模拟结果。瓤拗1．2初始条件的确定％p／(kg~mIll-2)Pa．s)(ril．厦，A由于实验中测定冰晶粒径分布概率接近正态9．2148