化工学报 ›› 2022, Vol. 73 ›› Issue (12): 5343-5354.DOI: 10.11949/0438-1157.20221233
王文松1(), 杨英英1,2(), 陈周林1, 杨晴雨1, 李帅华1, 武卫东1
收稿日期:
2022-09-14
修回日期:
2022-11-10
出版日期:
2022-12-05
发布日期:
2023-01-17
通讯作者:
杨英英
作者简介:
王文松(1998—),男,硕士研究生,wwsusst@163.com
基金资助:
Wensong WANG1(), Yingying YANG1,2(), Zhoulin CHEN1, Qingyu YANG1, Shuaihua LI1, Weidong WU1
Received:
2022-09-14
Revised:
2022-11-10
Online:
2022-12-05
Published:
2023-01-17
Contact:
Yingying YANG
摘要:
多孔介质内水冻结过程的传热传质问题普遍存在于寒区工程、食品冷冻保鲜和建筑、路面冻融破坏等领域。本研究在介观尺度下对多孔介质内水结冰相界面的演化机理进行了实验与模拟研究。首先通过单向冻结实验,研究了孔隙半径500 μm微孔道内水冻结过程中相界面及温度场演变规律。然后通过数值模拟,研究了边界温度、孔隙间距、孔隙结构对相界面演变规律和水冻结速率的影响。结果表明,相界面相对曲率随孔隙半径减小而减小,在孔道中,相对曲率先减小后增大,使相界面从凹形向凸形变化。孔道内温度随时间下降先快后慢,其速率与温度梯度有关。过冷引起0℃等温线与相界面之间过冷带的形成。孔隙间距越小,孔道内的温度梯度突跃越剧烈,阻碍传热。在本文研究的四种孔隙结构中,圆形直排冻结速率最大。
中图分类号:
王文松, 杨英英, 陈周林, 杨晴雨, 李帅华, 武卫东. 介观尺度下多孔介质内水结冰相界面演化机制研究[J]. 化工学报, 2022, 73(12): 5343-5354.
Wensong WANG, Yingying YANG, Zhoulin CHEN, Qingyu YANG, Shuaihua LI, Weidong WU. Evolution mechanism of water freezing phase interface in porous media at mesoscale[J]. CIESC Journal, 2022, 73(12): 5343-5354.
仪器名称 | 品牌型号 | 关键参数 |
---|---|---|
红外热像仪 | FLIR A655sc | 分辨率:640×480 热灵敏度:<30 mK 测温精度:±2% |
近焦红外镜头 | FLIR T198066 | 最小分辨率:25 µm |
CCD相机 | DMK 33UX264 | 分辨率:2448×2048 像素尺寸:3.45 µm 帧速率:38 fps |
显微镜头 | NAVITAR zoom 6000 | 放大倍率:0.35×~2.25× 工作距离:175 mm |
低温恒温槽 | 上海比朗DC-0506 | 温度波动:±0.05℃ 温控精度:0.01℃ |
表1 设备相关参数
Table 1 Parameters of equipment
仪器名称 | 品牌型号 | 关键参数 |
---|---|---|
红外热像仪 | FLIR A655sc | 分辨率:640×480 热灵敏度:<30 mK 测温精度:±2% |
近焦红外镜头 | FLIR T198066 | 最小分辨率:25 µm |
CCD相机 | DMK 33UX264 | 分辨率:2448×2048 像素尺寸:3.45 µm 帧速率:38 fps |
显微镜头 | NAVITAR zoom 6000 | 放大倍率:0.35×~2.25× 工作距离:175 mm |
低温恒温槽 | 上海比朗DC-0506 | 温度波动:±0.05℃ 温控精度:0.01℃ |
参数 | 符号 | 数值 |
---|---|---|
多孔树脂表面张力系数 | σ | 0.07 N/m |
相变温度 | Tpc | 273.15 K |
相变潜热 | L | 333 kJ/kg |
表2 模型物性参数
Table 2 Physical parameters of model
参数 | 符号 | 数值 |
---|---|---|
多孔树脂表面张力系数 | σ | 0.07 N/m |
相变温度 | Tpc | 273.15 K |
相变潜热 | L | 333 kJ/kg |
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