Name: ice generation and the heat and mass transfer phenomena of introducing water to a cold bath of brine
Uploaded: 2017-03-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine at JoVE.com

יש המחברים לא בתודות.

זהירות: ישנם שני כימיקלים רעילים, מתנול אתילן גליקול, השתמשו בניסויים אלה. מתנול יכול להיות מפורק בגוף האדם כדי ליצור פורמלדהיד ולאחר מכן לחומצה פורמית או מלח formate. חומרים אלו רעילים למערכת העצבים המרכזית ואף עלול לגרום למוות. אתילן גליקול ניתן מתחמצן ל חומצה גליקולית, אז מה שיכול להפוך חומצה אוקסלית. זה יכול לגרום לכשל כליות ומוות. אל תשתו הכימיקלים האלה. להתייעץ עם רופא באופן מיידי אם מתרחשת תאונה. 1. מערכת הקירור הערה: זה מאוד קשה לשמור על המלח ב -18 ° C או משהו כזה כאשר טמפרטורת הסביבה היא בערך בטמפרטורת חדר. חשוב כי טנקי אחסון אתילן גליקול ותמלחות הם מבודדים היטב ושל בגודל סביר, כדי למנוע צריכת חשמל עודפת ולהבטיח ביצועי מערכת מיטביים. מומלץ כי גודל המכל אינו עולה על 30 L. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכינים את נוזל הקירור משנית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 1 ליטר של אתילן גליקול לתוך הטנק קירור משני, טנק A (הבסיס: 400 מ&quot;מ × 200 מ&quot;מ, גובה: 350 מ&quot;מ). להוסיף בערך 0.6-0.65 L (600-650 גרם) של מים כדי טנק א </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 1.1.1 חזור על שלב מספר פעמים עד שיש מספיק נוזלים טנק A (25 ליטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את הנוזלים כך הנוזל הוא הומוגני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל שני משאבות טנק להגדרה מלאת הקיבולת (2,500 ליטר / שעה). ודא כי כל הבועות לכודות בתוך מחליפי חום צינורות משתחררים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את המשאבה להתבונן אם כל הבועות משתחררות. אם לא, חזור על שלב 1.1.4. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת מי מלח הערה: בדוגמא זו, 22% WT תמיסות מוכנות. אם ריכוזים אחרים נדרשים, המסה של תוספת מלח צריכה גם להיות שונה בהתאם. התמלחת התייחסות ערכי ריכוז וצפיפות ניתן למצוא באתר דף D-257 של מהדורת 64 th (1983) של הHandbook דואר CRC של כימיה ופיזיקה 46. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 4 ק&quot;ג של מים לתוך כוס פלסטיק 5-L. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד 1 קילו של מלח NaCl בקנה מידה אלקטרוני לזרות מלח זה לתוך הכוס עם המים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את התערובת עד הפתרון הוא ברור (כלומר, אין חלקיקי מלח או בועות מים גלויות הפתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קחו לדוגמה, ~ 10 מ&quot;ל, של הפתרון באמצעות מזרק 10 מ&quot;ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להזריק את הנוזל לתוך מטר צפיפות U-tube. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדקו אם בועות אוויר בצינור. אם יש כאלה, להזריק יותר נוזל כדי לדחוף אותם החוצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ &quot;הגדרות מהירות&quot; ובחר &quot;טמפרטורה וצפיפות.&quot; הקלד 20 ° C ולחץ על &quot;אישור&quot;. מד צפיפות חברה ימדוד את צפיפות הנוזל בטמפרטורה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ להתחיל לחכות לתוצאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השווה את הקריאה צפיפות עם 1164.00 ק&quot;ג / מ &#39;3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיפים מלח יותר אם הקריאה היא מתחת comparisoצפיפות n. מוסיפים מים אם אחרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 1.2.3-1.2.10 עד צפיפות הנוזל נכונה (1164.00 ק&quot;ג / מ &#39;3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את הפתרון הזה לתוך מיכל גדול, מיכל א </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בשלבי 1.2.1-1.2.12 לעשות 35-40 ליטר של מלח ולשים מכולה לתוך מקפיא חזה ב -40 ° C. שמור התמלחת שם במשך 48-72 שעות, עד לטמפרטורה מגיעה -19.18 ° C (הקפאת נקודת 22 זה מלח wt%). </li></ol></li></ol> 2. הכנת הקרח עבור ההזרקה ומי כביסה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן קרח המים הזרקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 1 ליטר של מים לתוך מיכל קטן (200 × 200 × 50 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 2.1.1 עם מיכל אחר ומקום שני מיכלי במקפיא החזה ב -40 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור אותם במקפיא למשך 10 שעות או יותר על מנת להבטיח כי כל המים הוא קפוא. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכין את מעטפת הקרח של שטיפת המים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממלאים כוס 5-L עם 5 ליטר מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממלאים כוס 2-L עם 2 ליטר מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים שתי כוסות למקפיא החזה ב -40 ° C במשך 8-10 שעות, כך שיש מעטפת דקה של גלישת קרח סביב מים מהקפאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש סילון מים במהירות גבוהה במהירות של 3-5 מ &#39;/ s מהברז להיפתח חור בקוטר 3 סנטימטר בחלק העליון של קליפת הקרח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסנן את המים בתוך קליפת הקרח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים שתי כוסות להחזיר להקפאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם המסה של קליפת הקרח אינה מגיעה 3 קילו ו 1 קילו עבור שתי כוסות, בהתאמה, חזור על שלבי 2.2.1-2.2.5, אבל לשמור על הכוסות במקפיא כבר בשלב 2.2.3. שתי הכוסות אמורות להיות מסוגלים להכיל L 2 ו 1 ליטר של מים, בהתאמה. </li></ol></li></ol> 3. תפקיד מבוא מים ואת ניסוי בקרת Rheology <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצג מים על פני שטח המלח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למזוג 2 ליטר של 22% WT מלח קר ממיכל לתוךדלי אלומיניום של מכונת גלידה ו לעבור על יחידת הקירור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדדו את הטמפרטורה של מי מלח עם מדחום / תרמי (או-Type K או T-סוג מתאימים). להמשיך את הניסוי אם התמיסות -15 ° C או נמוך יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאו את המזרק זכוכית 100 מ&quot;ל עם מי ברז בטמפרטורת החדר. צרף בקוטר פנימי 2 מ&quot;מ, 1 מ&quot;מ עבה, שפופרת סיליקון רב 1-מ &#39;קצה המזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש להכניס את המזרק במיקום ספציפי כזה שיש ראש בין המים בתוך המזרק ואת היציאה של צינור סיליקון. הלחץ ההידרוסטטי יהיה לסחוט את המים מתוך הצינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצלול באורך מסוים של צינור סיליקון, בדרך כלל 70 ס&quot;מ, לתוך מי המלח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את המיקום היחסי בין מזרק יציאת הצינורית כך לחץ ההידרוסטטי הוא גדול מספיק כדי לאפשר למים לצאת המזרק. אם הצינור נחסם, להגדיל ראש על ידי הרמת את המזרק במצב אנכי גבוה, unt<html> il הלחץ ההידרוסטטי יכול להתגבר על הלחץ גזירה בתוך הצינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את יציאת צינור בערך 1 סנטימטר או פחות מעל פני המלח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את האורך של צינור שקוע וגובה המזרק לשלוט המשקע של המים ולתת טמפרטורה וספיקה כדי לקבוע כמה קרח יכול להתבצע או כמה ערבוב מתרחש על פני שטח המלח. תופעת ההקפאה יש לשים לב עכשיו על פני שטח המלח. ראה 45 הפניה להכוונה נוספת. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצג מים דרך המלח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 3.1.1-3.1.6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את יציאת הצינור בתוך המלח, רצויה בתחתית המכל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את האורך של הצינור השקוע וגובה המזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הזווית של יציאת הצינור לשלוט rheology של הזרם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבי 3.2.3-3.2.4 כדי למצוא את rheology זרימת המצמידים הטובים וספיקה שיכול לייצר את הקרח ביותר. </li></ol></li></ol>התחת = &quot;jove_title&quot;&gt; 4. ייצור קרח, אוסף, ומדידה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך קרח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם יש בועות בצינורות, לעבור על שתי המשאבות בתוך טנק לשחרר בועות מחוץ למערכת זרימת גליקול, ולאחר מכן לכבות את המשאבות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל שלוש יחידות הקירור ולתת להם לרוץ 10-16 שעות להתקרר פתרונות אתילן גליקול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את פתרון אתילן גליקול עם מדחום / תרמי. טמפרטורת גליקול צריכה להיות בסביבות -25 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדדו את הטמפרטורה של מי מלח ב מכולה כדי לוודא שהוא נמצא -19 ° C לפני שתמשיך לשלב 4.1.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאו את מיכל מלח, טנק B, עם בערך 30 ליטר של מלח ממכל A ו- מתג על שתי משאבות טנק א </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדדו את הטמפרטורה של גליקול ב א טנק אם זה C קר יותר -19 °, לכבות יחידות קירור אחד או יותר כדי למנוע משקעים של חלקיקי קרח מחוץ מחליפי חום in הטנק B. אם הטמפרטורה הוא חם יותר מטמפרטורת המלח הצפוי, להפעיל את כל שלוש יחידות הקירור. לבצע את הניסוי ב- C -17 ° C עד -19 °. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את שני רחובות התערובת של העוגיות של קרח משלב 2.1 לתוך כוס 5-L מבודדים, מיכל B, ויוצקים בערך 3 ליטר מים לתוך כוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את טמפרטורת המים ולשמור על 2 מעלות צלזיוס על ידי ערבוב את התערובת בין ניסויים אם הטמפרטורה עולה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאו את המזרק זכוכית עם 100 מ&quot;ל של מים C 2 °. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל 5-10 מ&quot;ל של מתנול אל חלון הזכוכית של טנק B להפסיק עיבוי ואת היווצרות קרח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להזריק את המים לתוך המלח באמצעות התאמת המיקום היחסי בין המזרק ואת של יציאת הצינורית כך קיים לחץ הידרוסטטי קבוע ובכך בקצב זרימה מתמיד. כ -70 סנטימטרים של צינור סיליקון צריכים להיות שקועים התמלחות. התאם את הזווית של הזרקת 0 ° כך מהירויות מים הראשוניות כלפי מעלה נואשction הוא 0 m / s. הערה: המזרק יכול להיות כף יד או הדק עמדה. ידניים מתאימים יותר כאשר טמפרטורת המלח היא קרה, כי זה לוקח יותר זמן להסתגל עמדה, וקרח עלול לחסום את הצינור. שמור על rheology הזרימה עקבי לאורך הניסוי על ידי הבטחת זווית שיעור הזרקת זרם בלתי פוסקת (0 °) ועל ידי שמירת הגבול הקפאה בערך 3 סנטימטרים מעל יציאת הצינור. אל תתנו את הזרימה להיכנס לאזור שבו הוא מתחיל להפוך סוער 47. ראה 45 הפניה להכוונה נוספת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אסוף את הקרח כמתואר בשלבים 4.2 ו -4.3. חזור על שלבי 4.1.8 - 4.1.11 בטמפרטורות מלח שונות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אסוף את הקרח הפיק להעריך כמה קרח מופק (אוסף יבש) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים במיכל (200 × 200 × מ&quot;מ 50) על המאזניים לאפס את הקריאה על ידי לחיצה על &quot;הפעל&quot; כפתור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מסננת כדי לגרוף את הקרח להתנערהתמלחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים קרח זה בתוך המיכל. למדוד את המסה של הקרח באמצעות סולם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי שהקרח נמס, להשתמש במזרק 10 מ&quot;ל לקחת דגימה. להזריק מדגם זה של נוזל לתוך מטר הצפיפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע שלבים 1.2.6-1.2.9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את קריאת הצפיפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את מסת המים נטו צפיפות שלה (כלומר, את המסה של מים שהוסב קרח) באמצעות הנוסחה הבאה: <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq1.jpg" /> איפה <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq2.jpg" /> הוא ריכוז המלח באמצעות% WT ו <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq3.jpg" /> ו <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq4.jpg" /> הם ההמונים של מלח ומים, בהתאמה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אסוף את הקרח הפיק להעריך כמה קרח מופק (אוסף רטוב) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאו את כוס 5-L עם פגז קרח (שלב 2.2) ו-בטמפרטורת החדר מי ברז. שים אותו בחזרה למקפיא ב -40 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למזוג את המים עם קליפת הקרח מן הקנקן 5-L לתוך מבחנת 2-L כאשר הטמפרטורה שלו היא ב 0 מעלות צלזיוס. מלאו את כוס 5-L. יש להחזיק את הכוסות במקפיא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סקופ את הקרח המיוצר 4.1.8 צעדים 4.1.9 ויוצקים 200-500 מ&quot;ל מים מקנקן 2-L אל הקרח כדי לשטוף אותו. אין לטלטל את המסננת לפני מריחת המים C ° 0. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתנער הנוזל במסננת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.2.2-4.2.7. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Quarini, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cleaning+and+separation+in+conduits.">Cleaning and separation in conduits.</a> UK patent. , (2001).</li><li>Quarini, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+into+the+transportation+and+melting+of+thick+ice+slurries+in+pipes.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+drop+of+flowing+ice+slurries+in+industrial+heat+exchangers.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Technical Aspects of Pipeline Pigging with Flowing Ice Slurries [dissertation]. , (2007).</li><li>Shire, G. S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The behaviour of ice pigging slurries [dissertation]. , (2006).</li><li>Hales, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ice slurry diagnostics through electromagnetic wave attenuation and other techniques [dissertation]. , (2015).</li><li>Lucas, E. J. K., Hales, A., McBryde, D., Yun, X., Quarini, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+molecular+perspective+of+water+at+metal+interfaces.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ice+formation+on+kaolinite:+Lattice+match+or+amphoterism?+.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Carnot cycle optimisation of ice slurry production through comminution of bulk ice [dissertation]. , (2012).</li><li>Leiper, A. N., Hammond, E. C., Ash, D. G., McBryde, D. J., Quarini, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+conservation+in+ice+slurry+applications.">Energy conservation in ice slurry applications.</a> Appl. Therm. Eng. 51, 1255-1262 (2013).</li><li>B&#233;d&#233;carrats, J. -. P., David, T., Castaing-Lasvignottes, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+extent+and+action+of+the+heating+surface+of+steam+boilers.">On the extent and action of the heating surface of steam boilers.</a> Proc. Lit. Philos. Soc. Manch. 14, 7-12 (1874).</li><li>Reynolds, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Papers on mechanical and physical subjects: reprinted from various transactions and journals. , 81-85 (1900).</li><li>Reynolds, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Papers+on+mechanical+and+physical+subjects.">Papers on mechanical and physical subjects.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 12, 129-136 (1969).</li><li>Prandtl, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eine+Beziehung+zwischen+W&#228;rmeaustausch+und+Str&#246;mungswiderstand+der+Fl&#252;ssigkeiten+(On+the+relation+between+heat+exchange+and+stream+resistance+of+fluid+flow).">Eine Beziehung zwischen W&#228;rmeaustausch und Str&#246;mungswiderstand der Fl&#252;ssigkeiten (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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bemerkung+&#252;ber+den+W&#228;rme&#252;bergang+im+Rohr+(Note+on+heat+transmission+in+pipes).">Bemerkung &#252;ber den W&#228;rme&#252;bergang im Rohr (Note on heat transmission in pipes).</a> Physik. Z. 29, 487-489 (1928).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditions+at+the+surface+of+a+hot+body+exposed+to+the+wind.">Conditions at the surface of a hot body exposed to the wind.</a> Rep. Memo. ACA. 272, (1916).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Application+of+Osborne+Reynolds'+Theory+of+Heat+Transfer+to+Flow+through+a+Pipe.">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>K&#225;rm&#225;n, T. v. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Proceedings of the Fourth International Congress for Applied Mechanics. , 54-91 (1934).</li><li>K&#225;rm&#225;n, T. v. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+analogy+between+fluid+friction+and+heat+transfer.">The analogy between fluid friction and heat transfer.</a> Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 61, 705-710 (1939).</li><li>Martinelli, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+to+molten+metals.">Heat transfer to molten metals.</a> Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 69, 947-959 (1947).</li><li>Colburn, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+of+correlating+forced+convection+heat-transfer+data+and+a+comparison+with+fluid+friction.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+of+correlating+forced+convection+heat-transfer+data+and+a+comparison+with+fluid+friction.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+Transfer+(Absorption)+Coefficients+Prediction+from+Data+on+Heat+Transfer+and+Fluid+Friction.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salt+rejection+by+sea+ice+during+growth.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stalactite+Growth+beneath+Sea+Ice.">Stalactite Growth beneath Sea Ice.</a> Science. 167, 171-172 (1970).</li><li>Dayton, P. K., Martin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+formation+of+brine+drainage+features+in+young+sea+ice.">The formation of brine drainage features in young sea ice.</a> J. Glaciol. 14, 137-154 (1975).</li><li>Martin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Frozen Planet: Episode 5 'Winter'. , (2011).</li><li>Fothergill, A., Berlowitz, V., Attenborough, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+Winter:+Life+closes+down.">Ch. Winter: Life closes down.</a> in Frozen Planet: A World Beyond Imagination. , (2011).</li><li>Yun, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> CRC Handbook of Chemistry and Physics. 64, 257-258 (1983).</li><li>Bejan, A., Lage, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

התהליך של יצירת קרח באמצעות מלח כמו קירור משני כרוך בשילוב של חום ומסה. אם העברת חום גבוה, אז צורות קרח לפני המים יש את הסיכוי לערבב עם נוזל בכמות גדולה. היה נראה כי כאשר קיימת תנועה יחסית בין המים הציגו ואת המלח בתפזורת השקט (כלומר, הזרקת מים בתוך מי המלח), זרימת עו?...

<html> Slurries הקרח נמצא בשימוש נרחב בתעשייה, ואת יישום אחד מוצלח במיוחד הוא הטכנולוגיה pigging קרח 1, 2. בהשוואת הקצף הקונבנציונלי החזיר מוצק, חזיר הקרח יכול לנסוע דרך טופולוגיות מורכבות לאורך מרחק גדול בגלל השפעת השימון של השלב הנוזלי ואת הגובה של נקודת הקיפאון שלה כמו חלק מקרח גבישים להמס 3, 4, 5 . גם אם החזיר נתקע, אפשר פשוט לחכות slurries הקרח כדי להמיס ולחדש את תהליך ניקוי מאוחר יותר. שיטה זו של ניקוי צינור היא זולה וקלה לשימוש. שבר הקרח ממלא תפקיד מרכזי בביצוע של חזיר הקרח. כדי למדוד את השבר קרח, אפשר להשתמש CAFETIERE (בעיתונות הצרפתית) כדי לקבוע אם slurry קרח עבה מספיק 6,&quot;&gt; 7. שבריר קרח גבוהה CAFETIERE, בדרך כלל 80%, נדרש בעת ביצוע הצנרת נקראת קרח. מחקרים אחרונים על גילוי חלק קרח באינטרנט הראו כי הן גלים אלקטרומגנטיים ואולטרא סאונד מתאימים לתפקיד 8, 9, 10, 11. חזיר קרח בדרך כלל נעשה על ידי יצרנית קרח מגורד-משטח מפתרון NaCl 5% WT (מלח). זוהי גם הדרך העיקרית של ביצוע slurries קרח בתעשייה. סוג זה של יצרנית קרח קופא מים או מלח על משטח מתכתי קר, בדרך כלל משטח 316 פלדה חלקה ולאחר מכן מחזור מזמרת חלקיקי הקרח off. ממשקי נוזלי אל מתכת הם מאוד מורכבים ומושפעים מגוון רחב של גורמים חיוניים קרח עושה 12. הממשק בין הלא-מתכת ומים יכול להיות שונה מאוד, ואחד במיוחד דוגמה מעניינת היא קאוליניט. Kaolממשק inite-מים הוא מיוחד כי אין מבנה קרח נוח סומך לפני השטח של מוצק, אלא שכבה של נוזל מצע amphoteric המעודדת אשכול מלוכדות המימן-הקרח כמו להיוצר על גבי זה 13, 14. דרך נוספת לייצר חזיר הקרח דורשת ריסוק אבני קרח premade בעוד מלח גבוה ריכוז מתווסף זמנית. בשיטה זו, מערכת הקירור יכולה לרוץ בטמפרטורה מתאדה הרבה יותר גבוהה כי אף דיכאון נקודת קיפאון (FPD) מתווסף לפני ההיווצרות של קרח; ולכן זה נחשב יעיל יותר בשל יחס דחיסת וריד וכוח פחתה עבור חובת קירור נתונה 15, 16, 17. קיימות שתי שיטות ייצור קרח אחרות: ייצור קרח ממים בקירור לשים קירור ומים בקשר ישיר <supclass = &quot;Xref&quot;&gt; 18, 19. השיטה קירור-יתר כרוך בהפרות מים בקירור metastable ליצור נוקלאציה קרח וצמיחה. הבעיה הגדולה ביותר עבור שיטה זו היא היווצרות הקרח לא הרצויה שיכול לחסום את המערכת. שיטת הקשר הישירה נחשבת לא מתאימה צנרת נקרא קרח כי לא קירור ולא שמן סיכה הם רצו במוצר הקרח האחרון. היווצרות קרח דורש חום ומסה עקב החום הכמוס של היתוך שנוצר בתהליך. זה התגלה לראשונה על ידי אוסבורן ריינולדס בשנת 1874 כי הובלת חום ומסה בגזים הם מצמידים חזק יכול לבוא לידי ביטוי נוסחאות מתמטיות דומה 20. עבודה זו יצרה את הנייר חלוצית בנושא מומנטום, חום, ומסה בנוזל ראתה אור מחדש מספר פעמים 21, 22. נושא זה ולאחר מכן נחקר על ידימספר היתר, שתי הגישות אנליטיים ואמפיריים, גזים, נוזלים, ואת מתכת מותכת 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33. מלבד העברת חום ומסה, הנוזל צריך אתרי התגרענות שצמיחת קרח הדנדריטים יכול לפתח. תובנה מודרנית לתוך הצמיחה של גבישי קרח משתמשת חוק Constructal, שפותח על ידי אדריאן Bejan, כדי להסביר מדוע קרח גדל בדרך זו 34, 35, 36. היווצרות הקרח במי מלח שונה מאוד מזו מים טהורים בשל קיומו של מלח. ראשית כל,<html> מלח משנה את התרמודינמיקה של נוזל ומדכא נקודת הקיפאון שלה. שנית, מלח אינו יכול להתמוסס המטריצה ​​קרח (למעט hydrohalite, אשר יכול להיווצר רק כאשר הטמפרטורה מגיעה לנקודה eutectic), והוא דחה את נוזל בכמות גדולה כאשר הקרח מתחיל לצמוח. דחיית המלח התגלתה בשני קרח מים וקרח למד במעבדה 37, 38. מאז המלח גבוה ריכוז דחה הוא בטמפרטורה הרבה מתחת לנקודת הקיפאון של מי ים, ככל שיורד, קרח גדל על הממשק בין המלח זורם הנוזל בתפזורת השקט. נטיפי קרח אלה, גם בשם brinicles, התגלו לראשונה ב מקמורדו סאונד, אנטרקטיקה נחקרו 39 באופן ניסיוני, 40, 41, 42. בשנת 2011, ה- BBC צלמה את היווצרות brinicles בסדרת Planet הקפוא שלה&quot;Xref&quot;&gt; 43, 44. במעבדה שלנו, התגלה כי על ידי היפוך הנוזלים זורמים שקטים כאשר מים הוא הציג באמבט של מלח קר, המים עלולים להפוך קרח בתנאים הנכונים 45. נמצא כי המיקום שבו המים הוא הציג, לזרום rheology, וטמפרטורת מלח וריכוז הם כל הגורמים המרכזיים המשפיעים כיצד קרח הרבה יכול להיות מיוצר. המטרה הכללית של מחקר זה היא לחקור אם יצרנית קרח ניתן לפתח באמצעות מנגנון זה כדי ליצור slurries קרח, בהתחשב כי הטמפרטורה המאיידת הגבוהה והשיעור הגבוה של נוזל אל נוזל העברת חום יכולים לשפר את היעילות של שימוש באנרגיה. מניות מאמר זה היבטים מרכזיים של הניסוי.

<table><tbody><tr><td>DMA 4500 M</td><td>Anton Paar</td><td>81546022</td><td>Density Metre</td></tr><tr><td>GELATO Chef 2200</td><td>magimix</td><td>0036500504R13</td><td>Ice Cream Maker</td></tr><tr><td>280D</td><td>FREEZE MASTER</td><td>241-1441</td><td>Pipe Freezer</td></tr><tr><td>M17.5X2</td><td>BLUE ICE MACHINES</td><td>GK924</td><td>Slushy Puppy Machine</td></tr><tr><td>HH68K</td><td>OMEGA</td><td>140045</td><td>Thermometer</td></tr><tr><td>OHAUS</td><td>TS4KW</td><td>1324</td><td>Scale</td></tr><tr><td>ZFC321WA/BNI225</td><td>ZANUSSI</td><td>920672574-00</td><td>Freezer</td></tr><tr><td>EIS Heater Matrix</td><td>Vauxhall</td><td>214720041</td><td>Heat Exchanger</td></tr><tr><td>2500LPH</td><td>JBA</td><td>AP-2500</td><td>Pump</td></tr><tr><td>Glass syringe</td><td>FORTUNA Optima</td><td></td><td>100 mL</td></tr><tr><td>OAT concentrated coolant</td><td>wilko</td><td>P30409014</td><td>Ethylene Glycol</td></tr><tr><td>pure dried vacuum salt</td><td>INEOS Enterprise</td><td>1433324</td><td>NaCl Salt</td></tr><tr><td>Methylated Spirits</td><td>Barrettine</td><td>1170</td><td>Methanol&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

ice generation and the heat and mass transfer phenomena of introducing water to a cold bath of brine

אנו להדגים שיטה לחקר העברת חום ומסה ושל התופעות הקפאת בסביבה מלח subcooled. הניסוי שלנו הראה כי, תחת התנאים המתאימים, קרח יכול להיות מיוצר כאשר מים הוא הציג באמבט של מלח קר. כדי להפוך טופס קרח, בנוסף בעל תמהיל מלח ומים, על קצב העברת החום חייב לעקוף את זה של העברת מסה. כאשר המים הציגו בצורה של טיפות זעירות על פני שטח המלח, במצב של חום ומסה הוא על ידי דיפוזיה. הציפה מפסיקה מים מן הערבוב עם המלח מתחת, אבל כמו הקרח מתעבה, זה מאט את קצב העברת חום, מה שהופך קרח קשה יותר לצמוח כתוצאה מכך. כאשר המים הוא הציג בתוך מלח בצורת זרימה, מספר גורמים נמצאים להשפיע כמה קרח יכול להיווצר. טמפרטורה וריכוז בריין, אשר הם הכוחות המניעים של חום ומסה, בהתאמה, יכולים להשפיע על רטי המרת מים אל הקרחo; טמפרטורות אמבטיה נמוכות וריכוזי התמלחות לעודד עוד קרח להיוצר. Rheology הזרימה, אשר יכול להשפיע באופן ישיר גם מן החום וגם מקדמי העברה המוניים, הוא גם גורם מפתח. בנוסף, rheology הזרימה משנה את שטח המגע של הזרימה עם הנוזל בכמות הגדול.

איור 1 משווה את ההשפעות של מים הציגו בפני שטח המלח למים המוזרק דרך המלח. בתרחיש &quot;קרח-קאפ&quot;, הקרח התגבש הוא מוצק כי המים לא לערבב הרבה עם נוזל בכמות גדולה. הבדל הטמפרטורה וצפיפות בין שני הנוזלים מייצר כוח ציפה על פני המים ומונע מהם הערבוב. נ...

Watch this Scientific Journal Video about Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine at JoVE.com

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

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להדגים את הדור של קרח, כאשר מתערבים מים באמבט צונן של מי מלח, כמו קירור משני, בטווח של בטמפרטורות מתחת לנקודת הקיפאון של מים. זה יכול לשמש כדרך חלופית לייצר קרח לתעשייה.

דור קרח ואת מעבר החום ומסת התופעות של מי היכרות על אמבט קר של בריין

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 ...

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

Universidad San Sebastian

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Temperature and Heat

SCIENTISTS IN ACTION

13.8K Views.  University of Bristol.  כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להדגים את הדור של קרח, כאשר מתערבים מים באמבט צונן של מי מלח, כמו קירור משני, בטווח של בטמפרטורות מתחת לנקודת הקיפאון של מים. זה יכול לשמש כדרך חלופית לייצר קרח לתעשייה. 

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

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space of a carbonate rock at pressures and temperatures representative of typical formations used for CO2 storage. Chemical equilibrium between the CO2, brine and rock phases was maintained using a high pressure high temperature reactor, replicating conditions far away from the injection site. Fluid flow was controlled using high pressure high temperature syringe pumps. To maintain representative in-situ conditions within the micro-CT scanner a carbon fiber high pressure micro-CT coreholder was used. Diffusive CO2 exchange across the confining sleeve from the pore-space of the rock to the confining fluid was prevented by surrounding the core with a triple wrap of aluminum foil. Reconstructed brine contrast was modeled using a polychromatic x-ray source, and brine composition was chosen to maximize the three phase contrast between the two fluids and the rock. Flexible flow lines were used to reduce forces on the sample during image acquisition, potentially causing unwanted sample motion, a major shortcoming in previous techniques. An internal thermocouple, placed directly adjacent to the rock core, coupled with an external flexible heating wrap and a PID controller was used to maintain a constant temperature within the flow cell. Substantial amounts of CO2 were trapped, with a residual saturation of 0.203 &#177; 0.013, and the sizes of larger volume ganglia obey power law distributions, consistent with percolation theory.

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

הדמיה מאגר מצב נקבובי בקנה מידה של שלבי נוזלים מרובים באמצעות Microtomography X-ray

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

Evolution of Staircase Structures in Diffusive Convection

Diffusive convection (DC) occurs when the vertical stratified density is controlled by two opposing scalar gradients that have distinctly different molecular diffusivities, and the larger- and smaller- diffusivity scalar gradients have negative and positive contributions for the density distribution, respectively. The DC occurs in many natural processes and engineering applications, for example, oceanography, astrophysics and metallurgy. In oceans, one of the most remarkable features of DC is that the vertical temperature and salinity profiles are staircase-like structure, composed of consecutive steps with thick homogeneous convecting layers and relatively thin and high-gradient interfaces. The DC staircases have been observed in many oceans, especially in the Arctic and Antarctic Oceans, and play an important role on the ocean circulation and climatic change. In the Arctic Ocean, there exist basin-wide and persistent DC staircases in the upper and deep oceans. The DC process has an important effect on diapycnal mixing in the upper ocean and may significantly influence the surface ice-melting. Compared to the limitations of field observations, laboratory experiment shows its unique advantage to effectively examine the dynamic and thermodynamic processes in DC, because the boundary conditions and the controlled parameters can be strictly adjusted. Here, a detailed protocol is described to simulate the evolution process of DC staircase structure, including its generation, development and disappearance, in a rectangular tank filled with stratified saline water. The experimental setup, evolution process, data analysis, and discussion of results are described in detail.

Diffusive convection (DC) widely occurs in natural processes and engineering applications, characterized by a series of staircases with homogeneous convecting layers and stratified interfaces. An experimental procedure is described to simulate the evolution process of the DC staircase structure, including the generation, development and disappearance, in a rectangular tank.

האבולוציה של מבנים גרם מדרגות הסעת חום המתפשט

Diffusive convection (DC) occurs when the vertical stratified density is controlled by two opposing scalar gradients that have distinctly different ...

Environment

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern. Hybrid wettable patterns were produced by coating superhydrophilic SiO2 on a masked, hydrophobic, cylindrical copper surface. Using de-ionized (DI) water as the working fluid, pool-boiling heat-transfer studies were conducted on the different surface-treated copper cylinders of a 25-mm diameter and a 40-mm length. The experimental results showed that the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern influenced the wall superheat and the HTC. By increasing the number of interlines, the HTC was enhanced when compared to the plain surface. Images obtained from the charge-coupled device (CCD) camera indicated that more bubbles formed on the interlines as compared to other parts. The hybrid wettable pattern with the lowermost section being hydrophobic gave the best heat-transfer coefficient (HTC). The experimental results indicated that the bubble dynamics of the surface is an important factor that determines the nucleate boiling.

Pool-boiling heat-transfer experiments were carried out to observe the effects of hybrid wettable patterns on the heat-transfer coefficient (HTC). The parameters of investigation are the number of interlines and the pattern orientation of the modified wettable surface.

ברכת רותחים חום-העברת שיפור על גלילי משטחים עם דפוסי רטיבים היברידיים

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This technique utilizes wavelengths of 1150 and 1412 nm, at which the absorption coefficient of water is dependent on temperature. Water or a non-turbid aqueous gel containing a 2.0-mm- or 0.5-mm-diameter magnetic sphere is irradiated with 1150 nm or 1412 nm incident light, as selected using a narrow bandpass filter; additionally, two-dimensional absorbance images, which are the transverse projections of the absorption coefficient, are acquired via a near-infrared camera. When the three-dimensional distributions of temperature can be assumed to be spherically symmetric, they are estimated by applying inverse Abel transforms to the absorbance profiles. The temperatures were observed to consistently change according to time and the induction heating power.

A technique utilizing wavelengths of 1150 and 1412 nm to measure the temperature of water surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented.

בטכניקת מדידת טמפרטורה אינפרא אדום המקיפים של אינדוקציה המחוממת קטן מגנטי כדור מים

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...

Proof-of-Concept for Gas-Entrapping Membranes Derived from Water-Loving SiO2/Si/SiO2 Wafers for Green Desalination

Desalination through direct contact membrane distillation (DCMD) exploits water-repellent membranes to robustly separate counterflowing streams of hot and salty seawater from cold and pure water, thus allowing only pure water vapor to pass through. To achieve this feat, commercial DCMD membranes are derived from or coated with water-repellent perfluorocarbons such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene difluoride (PVDF). However, the use of perfluorocarbons is limiting due to their high cost, non-biodegradability, and vulnerability to harsh operational conditions. Unveiled here is a new class of membranes referred to as gas-entrapping membranes (GEMs) that can robustly entrap air upon immersion in water. GEMs achieve this function by their microstructure rather than their chemical make-up. This work demonstrates a proof-of-concept for GEMs using intrinsically wetting SiO2/Si/SiO2 wafers as the model system; the contact angle of water on SiO2 is &#952;o &#8776; 40&#176;. Silica-GEMs had 300 &#956;m-long cylindrical pores whose diameters at the (2 &#956;m-long) inlet and outlet regions were significantly smaller; this geometrically discontinuous structure, with 90&#176; turns at the inlets and outlets, is known as the &#34;reentrant microtexture&#34;. The microfabrication protocol for silica-GEMs entails designing, photolithography, chrome sputtering, and isotropic and anisotropic etching. Despite the water loving nature of silica, water does not intrude silica-GEMs on submersion. In fact, they robustly entrap air underwater and keep it intact even after six weeks (&#62;106 seconds). On the other hand, silica membranes with simple cylindrical pores spontaneously imbibe water (&#60; 1 s). These findings highlight the potential of the GEMs architecture for separation processes. While the choice of SiO2/Si/SiO2 wafers for GEMs is limited to demonstrating the proof-of-concept, it is expected that the protocols and concepts presented here will advance the rational design of scalable GEMs using inexpensive common materials for desalination and beyond.

Proof-of-Concept for Gas-Entrapping Membranes Derived from Water-Loving SiO2/Si/SiO2 Wafers for Green Desalination

Presented here is a stepwise protocol for realizing gas-entrapping membranes (GEMs) from SiO2/Si wafers using integrated circuit microfabrication technology. When silica-GEMs are immersed in water, the intrusion of water is prevented, despite the water-loving composition of silica.

הוכחת הרעיון עבור ממברנות גז-הראפ נגזר מהמים אוהבי מים2/Si/sio2 וופלים עבור התפלה ירוק

Desalination through direct contact membrane distillation (DCMD) exploits water-repellent membranes to robustly separate counterflowing streams of hot and ...

Measuring Electrical Conductivity to Study the Formation of Brines Under Martian Conditions

This paper describes a protocol to design experiments to study the formation of brines under Martian conditions and monitor the process with electrical conductivity measurements. We used the Engineering Qualification Model (EQM) of Habitability: Brines, Irradiation, and Temperature (HABIT)/ExoMars 2022 instrument for the experiment setup but we provide a brief account of constructing a simple and inexpensive electrical conductivity measurement setup. The protocol serves to calibrate the electrical conductivity measurements of the salt deliquescence into brine in a simulated Martian environment. The Martian conditions of temperature (-70 &#176;C to 20 &#176;C), relative humidity (0% to 100%) and pressure (7 - 8 mbar) with carbon-dioxide atmosphere were simulated in the SpaceQ Mars simulation chamber, a facility at the Lule&#229; University of Technology, Sweden. The hydrate form of the known amount of salt accommodated between a pair of electrodes and thus the electrical conductivity measured depends predominantly on its water content and the temperature and relative humidity of the system. Electrical conductivity measurements were carried out at 1 Hz while exposing salts to a continuously increasing relative humidity (to force transitioning through various hydrates) at different Martian temperatures. For demonstration, a day-night cycle at Oxia Planum, Mars (the landing site of ExoMars 2022 mission) was recreated.

The objective of the protocol is to monitor the hydration of salts and the brine formation process. Electrical conductivity is used as the measurement technique. The experiments are performed in a simulated Martian environment of temperature, relative humidity and carbon-dioxide atmosphere.

This paper describes a protocol to design experiments to study the formation of brines under Martian conditions and monitor the process with electrical ...

Chemistry

Experimental Multiscale Methodology for Predicting Material Fouling Resistance

The buildup of fouling deposits in energy systems degrades their ability to transfer heat, reducing efficiency and causing operational issues such as localized corrosion. Each application presents its own challenges. In nuclear power generation, the buildup of CRUD (Chalk River Unidentified Deposits) induces unique, negative effects ranging from reduced heat transfer, to axial power shifting, to CRUD-induced localized corrosion (CILC), the last of which can cause sudden fuel failure. Knowledge of why CRUD forms and how to prevent its adhesion to nuclear fuel rods represents a major step towards eliminating it. This paper demonstrates a methodology to ascertain which materials may resist CRUD adhesion, thereby preventing its initiation and growth. It presents experiments targeted at multiple length scales: pool boiling (macroscale), which simulates CRUD initiation processes in a nuclear reactor, and atomic force microscope (AFM) force spectroscopy (microscale), which yields quantitative measurements of the adhesion between CRUD constituents and candidate CRUD-resistant materials. Early data from both sets of experiments show some correlation, suggesting that AFM force spectroscopy (AFM-FS) may be used to pre-screen materials for fouling resistance. So far, it appears that CRUD constituents adhere well to oxides, while carbides show both greatly reduced adhesion and no adherent CRUD in pool boiling experiments. The relationship between the AFM-FS measurements and the growth of CRUD in the pool boiling experiments may provide insight into the possible factors affecting fouling in nuclear reactors, eventually leading to its elimination.

Fouling, or corrosion product deposition, plagues numerous fields of energy production. At its core is adhesion between dissimilar materials. Understanding and controlling adhesion could reduce or eliminate fouling. This paper demonstrates pool boiling experiments (macroscale) and atomic force microscope force-spectroscopy measurements (microscale), which when in agreement, indicate fouling-resistance.

The buildup of fouling deposits in energy systems degrades their ability to transfer heat, reducing efficiency and causing operational issues such as ...

Biology

Conducting Reactions Below Room Temperature

Source: Laboratory of Dr. Dana Lashley - College of William and Mary
Demonstration by: Matt Smith
When new bonds are formed in the course of a chemical reaction, it requires that the involved species (atoms or molecules) come in very close proximity and collide into one another. The collisions between these species are more frequent and effective the higher the speed at which these molecules are moving. A widely used rule of thumb, which has its roots in the Arrhenius equation1, states that raising the temperature by 10 K will approximately double the rate of a reaction, and raising the temperature by 20 K will quadruple the rate:
(1) <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/10224/10224eq1.jpg" />
Equation (1) is often found in its logarithmic form:
(2) <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/10224/10224eq2.jpg" />
where k is the rate of the chemical reaction, A is the frequency factor (relating to frequency of molecular collisions), Ea is the activation energy required for the reaction, R is the ideal gas constant, and T is the temperature at which the reaction is taking place.
A higher temperature therefore means a reaction is completed much faster. Nonetheless, in some cases it is desirable to carry out reactions at low temperatures, in spite of the lowering effect on the rate of the reaction. A few scenarios in this regard are elaborated upon further below.
When it is useful to run a reaction below room temperature, chemists use cooling baths to maintain a certain temperature or temperature range. Reactions are cooled down to a desired temperature by placing the reaction flask inside an appropriate cooling bath. The reagents in the reaction never come in direct contact with the chemicals in the cooling bath. The cooling bath may consist of a single cryogenic (cooling) component (such as ice, dry ice, or liquid nitrogen) or may be a mixture of the cryogenic component with a certain solvent and/or an additive salt. The purpose of the solvent is to effectively transfer temperature of the cooling agent to the reaction flask, and the purpose of the additive is to lower (or depress) the freezing point of the mixture. (Note that it is possible for a substance to be both a solvent and an additive.)

ביצוע תגובות מתחת לטמפרטורת החדר

Source: Laboratory of Dr. Dana Lashley - College of William and Mary
Demonstration by: Matt Smith
When new bonds are formed in the course of a chemical ...

JoVE Science Education

Organic Chemistry

Quenching and Boiling

Source: Alexander S Rattner, Sanjay Adhikari, and Mahdi Nabil; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, PA
Controlled heating followed by rapid cooling is an important element of many materials processing applications. This heat-treating procedure can increase material hardness, which is important for cutting tools or surfaces in high wear environments. The rapid cooling stage is called quenching, and is often performed by immersing materials in a fluid bath (often water or oil). Quenching heat transfer can occur due to forced convection - when the action of rapidly moving material through coolant drives the heat transfer process, and due to free convection - when the reduced density of hot fluid near the material surface causes buoyancy-driven circulation and heat transfer. At high material temperatures, the coolant can boil, leading to increased heat transfer effectiveness. However, when extremely hot materials are quenched, they can be blanketed in relatively low thermal conductivity coolant vapor, leading to poor heat transfer.
In this experiment, quenching heat transfer will be measured for a heated copper cylinder, which is representative of small heat-treated parts. The transient sample temperature profile will be measured during quenching and compared with theoretical results for free convection heat transfer. Boiling phenomena will also be investigated qualitatively.

Quenching, Boiling, Convection and Nusselt Number

מרווה ומרתיח

Source: Alexander S Rattner, Sanjay Adhikari, and Mahdi Nabil; Department of Mechanical and Nuclear Engineering, The Pennsylvania State University, ...

Mechanical Engineering

Evaluating the Heat Transfer of a Spin-and-Chill

Source: Michael G. Benton and Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
The Spin-and-Chill uses heat transfer and fluid flow fundamentals to chill beverages from room temperature to 38 &#176;F in as little as 2 min. It would take a refrigerator approximately 240 min and an ice chest approximately 40 min to achieve an equivalent temperature change. This is accomplished Spin and Chill by spinning a can or bottle at up to 500 rpm, which creates little or no foaming.
In this experiment, the efficacy of spinning a cylinder (i.e., soda can) at high speeds to cool a soft drink will be evaluated. Operational parameters, such as rpm and spin time, will be varied to assess their effect on heat transfer, and the heat transfer coefficient will be calculated using a lumped parameter model.

Convective Spin-and-Chill Heat Transfer: Lumped Parameter Model

הערכת העברת החום של ספין וצינה

Source: Michael G. Benton and Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
The Spin-and-Chill uses ...