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
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Os autores não têm confirmações.

Cuidado: Existem dois produtos químicos venenosos, de metanol e de etileno-glicol, utilizadas nestas experiências. O metanol pode ser metabolizado no corpo humano para gerar formaldeído e, em seguida, com o ácido fórmico ou sal de formato. Estas substâncias são venenosas para o sistema nervoso central e podem mesmo causar a morte. Etileno glicol pode ser oxidado para se obter o ácido glicólico, o que pode, em seguida, se transformar em ácido oxálico. Isto pode causar falha renal e morte. Não beba estes produtos químicos. Consulte um médico imediatamente se ocorrer um acidente. 1. O Sistema de Arrefecimento NOTA: É muito difícil manter a solução salina a -18 ° C ou então quando a temperatura ambiente é aproximadamente à temperatura ambiente. É importante que os tanques de armazenamento do glicol de etileno e água salgada são bem isolado e de uma dimensão razoável para evitar o excesso de consumo de electricidade e para garantir o desempenho ideal do sistema. Recomenda-se que o tamanho do tanque não exceda 30 L. <ol><li> Prepara-se o fluido de arrefecimento secundário <ol><li> Pour 1 L de etileno glicol para dentro do tanque de refrigeração secundário, do tanque A (base: 400 mm x 200 mm, altura: 350 mm). Adicionar aproximadamente 0,6-,65 L (600-650 g) de água para Tanque A. </li><li> Repita o passo 1.1.1 várias vezes até que haja bastante líquido no tanque A (25 L). </li><li> Agita-se o fluido, de modo que o fluido é homogéneo. </li><li> Ligue as duas bombas no tanque A para o ajuste de capacidade total (2,500 L / h). Certifique-se de que todas as bolhas presas nos trocadores de calor e tubos são liberados. </li><li> Desligue a bomba para observar se todas as bolhas são liberadas. Se não, repita o passo 1.1.4. </li></ol></li><li> Preparação da solução salina NOTA: neste exemplo, 22% em peso de solução salina é preparado. Se forem necessários outros concentrações, a massa de sal adicionada deve também ser alterado em conformidade. Os valores de concentração e densidade de salmoura de referência pode ser encontrada na página D-257 da 64 ª Edição (1983) do the CRC Handbook of Chemistry and Physics 46. <ol><li> Adicionar 4 kg de água numa proveta de 5 L de plástico. </li><li> Medida 1 kg de sal NaCl em balança eletrônica e despeje este sal no copo com água. </li><li> Agita-se a mistura até a solução estar clara (isto é, não há partículas de sal ou bolhas de água visíveis na solução). </li><li> Tomar uma amostra, ~ 10 mL, da solução, utilizando uma seringa de 10 ml. </li><li> Injectar o fluido para dentro do medidor de densidade de tubo em U. </li><li> Verifique se há bolhas de ar no tubo. Se houver algum, injetar mais fluido para empurrá-los para fora. </li><li> Pressione o botão &quot;Quick Settings&quot; e selecione &quot;Densidade de temperatura.&quot; Digite 20 ° C e pressione &quot;OK&quot;. O medidor de densidade vai agora medir a densidade do fluido a essa temperatura. </li><li> Carregue em START e aguarde o resultado. </li><li> Compare a leitura da densidade com 1164,00 kg / m 3. </li><li> Adicione mais sal se a leitura está abaixo do COMPARAÇÃOdensidade n. Adicione a água em caso contrário. </li><li> Repita os passos 1.2.3-1.2.10 até que a densidade do fluido está correta (1164.00 kg / m 3). </li><li> Coloque esta solução para um recipiente maior, Recipiente A. </li><li> Use as etapas 1.2.1-1.2.12 para fazer 35-40 L de salmoura e colocar Container A em um freezer a -40 ° C. Mantenha a salmoura lá por 48-72 h, até a sua temperatura atingir -19,18 ° C (ponto deste salmoura 22% em peso de congelamento). </li></ol></li></ol> 2. Preparação do gelo para a injecção e da água de lavagem <ol><li> Prepare gelo para a água injetando <ol><li> Pour 1 L de água num recipiente de pequenas dimensões (200 x 200 x 50 mm). </li><li> Repita o passo 2.1.1 com outro recipiente e coloque os dois recipientes no congelador a -40 ° C. </li><li> Mantê-los no congelador durante 10 horas ou mais para assegurar que toda a água é congelada. </li></ol></li><li> Prepare shell de gelo da água de lavagem <ol><li> Encher um copo de 5 L com 5 L de água. </li><li> Encher um copo de 2 L com 2 L de água. </li><li> Coloque as duas taças para o freezer a -40 ° C, durante 8-10 h para que haja uma espessa shell de acondicionamento de gelo em torno da água descongelada. </li><li> Utilizar um jacto de água de alta velocidade a uma velocidade de 3-5 m / s a ​​partir da torneira de abrir um buraco de 3 cm de diâmetro na parte superior do reservatório de gelo. </li><li> Escorra a água no interior do reservatório de gelo. </li><li> Coloque as duas taças de volta no congelador. </li><li> Se a massa do gelo shell não chegar a 3 kg e 1 kg para as duas taças, respectivamente, repita os passos 2.2.1-2.2.5, mas manter os copos no congelador já na etapa 2.2.3. As duas provetas agora deve ser capaz de conter 2 L e 1 L de água, respectivamente. </li></ol></li></ol> 3. Água Introdução posição ea experiência de controle de Reologia <ol><li> Introduzir água na superfície da solução salina <ol><li> Decantar 2 L de salmoura fria 22% em peso de Container A nobalde de alumínio da máquina de sorvete e interruptor na unidade de refrigeração. </li><li> Medir a temperatura da solução salina com um termómetro / termopar (ou K-tipo ou tipo T são adequados). Continue a experiência se a salmoura é de -15 ° C ou inferior. </li><li> Encha a seringa de vidro de 100 ml com água da torneira à temperatura ambiente. Anexar um diâmetro interno de 2 mm, 1 mm de espessura, e um tubo-m de comprimento de silicone para a ponta da seringa. </li><li> Colocar a seringa numa posição específica de modo a que existe uma cabeça entre a água na seringa e a saída do tubo de silicone. A pressão hidrostática vai apertar a água para fora do tubo. </li><li> Submerge um certo comprimento do tubo de silicone, tipicamente de 70 cm, para a salmoura. </li><li> Ajustar a posição relativa entre a seringa e a saída do tubo de modo que a pressão hidrostática é grande o suficiente para permitir que a água a sair da seringa. Se o tubo for bloqueado, aumentar a cabeça, elevando a seringa para uma posição vertical mais elevada, until a pressão hidrostática pode ultrapassar a tensão de corte dentro do tubo. </li><li> Manter a saída do tubo a cerca de 1 cm ou menos acima da superfície da solução salina. </li><li> Ajuste o comprimento do tubo submerso e a altura da seringa para controlar a saída da água deixar temperatura e taxa de fluxo, a fim de determinar a quantidade de gelo pode ser feito ou quanto mistura ocorre na superfície da solução salina. O fenómeno de congelação deve agora ser observada na superfície da solução salina. Consulte a Referência 45 para um sentido mais adicional. </li></ol></li><li> Introduzir água através da salmoura <ol><li> Repita os passos 3.1.1-3.1.6. </li><li> Manter a saída do tubo no interior da salmoura, de preferência na parte inferior do recipiente. </li><li> Ajuste o comprimento do tubo submerso e a altura de uma seringa. </li><li> Ajustar o ângulo de saída do tubo para controlar a reologia do fluxo. </li><li> Repita os passos 3.2.3-3.2.4 para encontrar a reologia fluxo melhor acoplados e taxa que pode produzir a maior parte do gelo fluir. </li></ol></li></ol><ol><li> fazer gelo <ol><li> Se houver bolhas nos tubos, ligar as duas bombas no interior do tanque A para liberar as bolhas de fora do sistema de circulação de glicol, e depois desligar as bombas. </li><li> Ligue as três unidades de refrigeração e deixá-los correr para 10-16 h para arrefecer as soluções de etilenoglicol. </li><li> Meça a solução de etileno glicol com um termômetro / termopar. A temperatura de glicol deve ser de cerca de -25 ° C. </li><li> Medir a temperatura da salmoura na Categoria A para se certificar de que está em -19 ° C antes de prosseguir para a etapa 4.1.5. </li><li> Encha o tanque de água salgada, Tanque B, com cerca de 30 L de salmoura de Container A e ligue as duas bombas no tanque A. </li><li> Medir a temperatura do glicol em tanque A. Se for mais fria do que -19 ° C, desligar um ou mais unidades de arrefecimento para evitar a precipitação de partículas de gelo dos permutadores de calor no exterior in Tanque B. Se a temperatura é mais quente do que a temperatura de salmoura esperado, ligar todas as três unidades de refrigeração. Efectua-se a experiência a -17 ° C a -19 ° C. </li><li> Coloque os dois blocos premade de gelo a partir do passo 2.1 para o isolamento 5-L taça, Container B, e despeje cerca de 3 L de água no copo. </li><li> Medir a temperatura da água e mantê-lo a 2 ° C por agitação da mistura entre os experimentos se a temperatura subir. </li><li> Encher a seringa de vidro com 100 ml de água a 2 ° C. </li><li> Aplicar 5-10 mL de metanol até a janela de vidro do tanque B para parar a condensação e a formação de gelo. </li><li> Injectar a água na salmoura, ajustando a posição relativa entre a seringa e a saída do tubo de modo que há uma pressão hidrostática constante e, portanto, uma taxa de fluxo constante. Cerca de 70 cm do tubo de silicone deve ser submerso na salmoura. Ajustar o ângulo de injecção a 0 °, de modo que a velocidade inicial da água para cima na direcção é 0 m / s. NOTA: A seringa pode ser fixada ou de um suporte de mão. -Mão é mais apropriado quando a temperatura salmoura é mais frio, porque leva mais tempo para ajustar uma posição, e gelo podem bloquear o tubo. Mantenha a reologia fluxo consistente durante todo o experimento, garantindo um ângulo de vazão e injeção constante (0 °) e, mantendo a fronteira congelamento cerca de 3 cm acima da saída do tubo. Não deixe que o fluxo de entrar na região onde ele começa a virar turbulenta 47. Consulte a Referência 45 para um sentido mais adicional. </li><li> Recolhe-se o gelo tal como descrito nas etapas 4.2 e 4.3. Repita os passos 4.1.8 - 4.1.11 a diferentes temperaturas salmoura. </li></ol></li><li> Recolher o gelo produzido e estimar a quantidade de gelo é produzido (recolha seco) <ol><li> Coloque um recipiente (200 × 200 × 50 mm) na escala e zero a leitura premindo o botão &quot;Ativar&quot; botão. </li><li> Use a peneira para colher o gelo e sacudia salmoura. </li><li> Coloque esse gelo no recipiente. Medir a massa de gelo por meio da escala. </li><li> Depois de o gelo é derretido, utilizar a seringa de 10 mL para dar uma amostra. Injectar a amostra de líquido para dentro do medidor de densidade. </li><li> Execute os passos 1.2.6-1.2.9. </li><li> Registre a leitura densidade. </li><li> Calcula-se a massa de água líquida a partir da sua densidade (isto é, a massa de água convertida em gelo) com a seguinte fórmula: <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq1.jpg" /> Onde <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq2.jpg" /> é a concentração de salmoura em peso e% <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq3.jpg" /> e <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq4.jpg" /> são as massas de sal e de água, respectivamente. </li></ol></li><li> Recolher o gelo produzido e estimar a quantidade de gelo é produzido (recolha molhada) <ol><li> Encha o copo 5-L com um shell de gelo (passo 2.2) e sala de temperatura da água da torneira. Coloque-o de volta para o congelador a -40 ° C. </li><li> Decantar a água com o escudo de gelo a partir do 5-G numa proveta de 2-L proveta quando a sua temperatura é de 0 ° C. Encha o 5-L proveta. Mantenha as duas taças no congelador. </li><li> Retire o gelo produzido nos passos 4.1.8 e 4.1.9 e despeje 200-500 mL de água a partir da proveta de 2 L para o gelo para lavá-lo. Não agite a peneira antes de aplicar a água de 0 ° C. </li><li> Agitar o fluido na peneira. </li><li> Repita os passos 4.2.2-4.2.7. </li></ol></li></ol>

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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>

Os autores não têm nada a revelar.

O processo de geração de gelo usando solução salina como um refrigerante secundário envolve a combinação de calor e transferência de massa. Se a transferência de calor é maior, então as formas de gelo antes que a água tem a chance de se misturar com o fluido a granel. Observou-se que, quando existe um movimento relativo entre a água introduzida e a salmoura grandes quantidades de repouso (isto é, injectando água dentro da solução salina), o fluxo ajuda a transferência de calor e encoraja a for...

<html> Lamas de gelo são amplamente utilizados na indústria, e uma aplicação particularmente bem sucedida é a tecnologia de raspagem de gelo 1, 2. Em comparação com a espuma convencional e porco sólido, o porco gelo pode viajar através topologias complexas a uma grande distância devido ao efeito de lubrificação da fase líquida e a elevação do seu ponto de congelamento, como alguns dos cristais de gelo derreter 3, 4, 5 . Mesmo se o porco fica preso, pode-se simplesmente esperar que as suspensões de gelo a derreter e retomar o processo de limpeza mais tarde. Este método de limpeza de tubos é barato e fácil de usar. A fracção de gelo desempenha um papel chave no desempenho do raspador de gelo. Para medir a fracção de gelo, uma pode utilizar um cafetière (prensa Francesa) para determinar se a pasta de gelo é suficientemente espessa 6,&quot;&gt; 7. Uma fração de gelo alta cafetière, normalmente 80%, é necessário aquando da realização de raspagem de gelo. Uma pesquisa recente na detecção fração de gelo on-line mostrou que ambas as ondas eletromagnéticas e ultra-som são adequados para o trabalho 8, 9, 10, 11. O porco gelo é geralmente feito por um máquina de fazer gelo de superfície raspada a partir de uma solução de NaCl a 5% em peso (salmoura). É também a principal maneira de fazer suspensões de gelo na indústria. Este tipo de máquina de fazer gelo congela água ou salmoura em uma superfície metálica fria, tipicamente uma superfície de 316 aço suave e, em seguida, corta ciclicamente as partículas de gelo off. As interfaces líquido-metal são muito complexas e são afetados por uma ampla gama de fatores que são essenciais para fazer gelo 12. A interface entre o não-metálica e de água podem ser muito diferentes, e um exemplo especialmente interessante é caulinite. o Kaolinterface de água INITE é especial porque não existe uma estrutura favorável gelo adjacente à superfície do sólido, mas, em vez de uma camada de substrato de fluido anfotérico que encoraja os aglomerados ligados a hidrogénio do tipo ICE para formar no topo de 13, 14. Uma outra maneira de produzir o porco gelo requer o esmagamento dos blocos de gelo enquanto premade salmoura de elevada concentração são adicionados em simultâneo. Por este método, o sistema de refrigeração pode ser executado a uma temperatura de evaporação muito maior porque não depressor do ponto de congelação (DPF) é adicionada antes da formação do gelo; É, portanto, considerado mais eficiente devido à taxa de compressão reduzido e poder diminuído para um determinado serviço de arrefecimento 15, 16, 17. Existem dois outros métodos de produção de gelo: a produção de gelo da água super e colocando refrigerante e água em contacto directo <supclass = &quot;xref&quot;&gt; 18, 19. O método envolve supercooling perturbar a água super metaestável para gerar a nucleação do gelo e crescimento. O maior problema para este método é a formação de gelo não desejado que pode bloquear o sistema. O método de contato direto é considerado não adequado para raspagem de gelo porque nem refrigerante nem óleo de lubrificação são desejados no produto final gelo. A formação de gelo requer calor e transferência de massa devido ao calor latente de fusão gerada no processo. Foi descoberto pela primeira vez por Osborn Reynolds em 1874 que o transporte de calor e massa em estufa estão fortemente acoplados e podem ser expressos em fórmulas matemáticas semelhantes 20. Este trabalho formou o papel pioneiro sobre o assunto do momento, calor e transferência de massa em fluidos e foi reeditado várias vezes 21, 22. Este assunto foi então estudado por umnúmero de outros, de ambas as abordagens analíticas e empíricas, por gases, líquidos e metal fundido 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33. Para além da transferência de calor e massa, o fluido precisa de locais de nucleação de gelo em que o crescimento dendrítica pode desenvolver. Uma visão moderna para o crescimento de cristais de gelo utiliza Lei Constructal, desenvolvido por Adrian Bejan, para explicar por que o gelo cresce deste modo 34, 35, 36. A formação de gelo em salmoura é muito diferente do que em água pura, devido à existência de sal. Em primeiro lugar,<html> sal muda a termodinâmica do fluido e deprime seu ponto de congelamento. Em segundo lugar, o sal não pode dissolver-se na matriz de gelo (excepto para hydrohalite, que só pode formar-se quando a temperatura atinge o ponto eutéctico), e é rejeitado para o fluido a granel quando o gelo começa a crescer. A rejeição de sal foi descoberto em ambos gelo do mar e gelo estudada no laboratório 37, 38. Uma vez que a salmoura de alta concentração é rejeitada a uma temperatura bem abaixo do ponto de congelação da água do mar, à medida que desce, gelo cresce na interface entre a solução salina que flui e o fluido em massa quiescente. Estas estalactites de gelo, também chamados brinicles, foram descobertos pela primeira vez em McMurdo Sound, Antarctica e foram estudados experimentalmente 39, 40, 41, 42. Em 2011, a BBC filmou a formação de brinicles em sua série planeta congelado&quot;xref&quot;&gt; 43, 44. No nosso laboratório, foi descoberto que invertendo os fluidos de fluidez e quiescentes quando a água é introduzida para um banho de salmoura fria, a água pode transformar-se em gelo sob as condições correctas 45. Verificou-se que o local onde é introduzida a água, o fluxo de reologia, temperatura e salmoura e concentração são todos os principais factores que influenciam a quantidade de gelo pode ser produzida. O objetivo geral deste estudo é investigar se uma máquina de gelo podem ser desenvolvidas através deste mecanismo para gerar pastas de gelo, considerando que a temperatura do evaporador elevada e a alta taxa de transferência de calor líquido-líquido pode aumentar a eficiência do uso de energia. Este artigo compartilha alguns aspectos fundamentais da experiência.

<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

Nós demonstramos um método para o estudo da transferência de calor e massa e os fenómenos de congelação em um ambiente de salmoura sub-arref ecido. A nossa experiência mostrou que, sob as condições adequadas, o gelo pode ser produzido quando a água é introduzida para um banho de salmoura fria. Para tornar a forma de gelo, para além de ter a mistura de água e salmoura, a taxa de transferência de calor deve ignorar a de transferência de massa. Quando a água é introduzida na forma de pequenas gotas à superfície da solução salina, o modo de calor e transferência de massa é por difusão. A flutuabilidade pára de água se misture com a água salgada por baixo, mas como o gelo cresce mais espessa, ela diminui a taxa de transferência de calor, fazendo com que o gelo mais difícil crescer como resultado. Quando a água é introduzida dentro da solução salina na forma de um fluxo, um número de factores são encontrados para influenciar a quantidade de gelo que se formam. temperatura salmoura e concentração, que são as forças motrizes de calor e transferência de massa, respectivamente, podem afetar a rati conversão água-geloO; mais baixas temperaturas do banho e concentrações de salmoura incentivar mais a formação de gelo. A reologia do fluxo, o que pode afectar directamente tanto o calor e os coeficientes de transferência de massa, é também um factor chave. Além disso, o fluxo muda a reologia da área de contacto do fluxo de fluido com a granel.

A Figura 1 compara os efeitos de água introduzido na superfície da solução salina a água injectada através da salmoura. No cenário &quot;gelo-tampão&quot;, o gelo formado é sólida porque a água não se misturam muito com o fluido a granel. A diferença de temperatura e densidade entre os dois fluidos gera força de empuxo sobre a água e os impede de mistura. Ambos os fluidos são estáticas (por exemplo, a transferência de calor é muito maior do qu...

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

Aqui, nós apresentamos um protocolo para demonstrar a geração de gelo quando a água é introduzida para um banho frio de salmoura, tal como um refrigerante secundário, numa gama de temperaturas bem abaixo do ponto de congelação da água. Ele pode ser usado como um meio alternativo de produção de gelo para a indústria.

Geração de gelo e de Transferência de Calor e Massa Fenômenos de introdução de água para um banho frio de salmoura

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 ...

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Temperature and Heat

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13.8K visualizações.  University of Bristol.  Aqui, nós apresentamos um protocolo para demonstrar a geração de gelo quando a água é introduzida para um banho frio de salmoura, tal como um refrigerante secundário, numa gama de temperaturas bem abaixo do ponto de congelação da água. Ele pode ser usado como um meio alternativo de produção de gelo para a indústria. 

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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.

Imagem Reservoir Condição Pore escala de múltiplas fases de fluidos utilizando microtomografia de raios-X

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 ...

Engenharia

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.

Evolução das estruturas de escadaria em convecção difusiva

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

Ambiente

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.

Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis ​​híbridos

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.

Técnica de medição de temperatura infravermelha para a água ao redor de uma esfera magnética pequena aquecida a indução

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.

Prova de conceito para membranas de enprisionamento de gás derivadas do SiO amante da água2/Si/SiO2 Wafers para dessalinização verde

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 ...

Química

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 ...

Biologia

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.)

Condução de reações abaixo da temperatura ambiente

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

Química orgânica

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

Resfriamento e Ebulição

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

Engenharia Mecânica

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

Avaliação a Transferência de Calor de um Equipamento de Resfriamento e Agitação

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

Geração de gelo e de Transferência de Calor e Massa Fenômenos de introdução de água para um banho frio de salmoura

Resumo

Explore mais vídeos

Capítulos neste vídeo

Imagem Reservoir Condição Pore escala de múltiplas fases de fluidos utilizando microtomografia de raios-X

Evolução das estruturas de escadaria em convecção difusiva

Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis híbridos

Técnica de medição de temperatura infravermelha para a água ao redor de uma esfera magnética pequena aquecida a indução

Prova de conceito para membranas de enprisionamento de gás derivadas do SiO amante da água₂/Si/SiO₂ Wafers para dessalinização verde

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

Experimental Multiscale Methodology for Predicting Material Fouling Resistance

Condução de reações abaixo da temperatura ambiente

Resfriamento e Ebulição

Avaliação a Transferência de Calor de um Equipamento de Resfriamento e Agitação

Geração de gelo e de Transferência de Calor e Massa Fenômenos de introdução de água para um banho frio de salmoura

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