Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

هنا، نقدم بروتوكول للتدليل على جيل من الجليد عند تقديم الماء لحمام بارد من محلول ملحي، وكمبرد الثانوية، في مجموعة من درجات الحرارة أقل بكثير من نقطة تجمد الماء. ويمكن استخدامه كطريقة بديلة لإنتاج الجليد للصناعة.

Abstract

ونحن لشرح طريقة لدراسة الحرارة والكتلة نقل والظواهر تجميد في بيئة المياه المالحة subcooled. وأظهرت تجربتنا أنه في ظل الظروف المناسبة، والجليد يمكن أن تنتج عندما يتم إدخال الماء إلى حمام من محلول ملحي بارد. لجعل شكل جليد، بالإضافة إلى وجود مزيج الماء المالح والماء، فإن معدل نقل الحرارة يجب تجاوز ذلك من نقل الجماعي. عندما يتم إدخال الماء في شكل قطرات صغيرة على سطح الماء المالح، وطريقة نقل الحرارة والشامل عن طريق الانتشار. توقف الطفو المياه من الاختلاط مع الماء المالح تحت، ولكن كما الجليد ينمو أكثر سمكا، ويبطئ معدل انتقال الحرارة، مما يجعل الجليد من الصعب أن ينمو نتيجة لذلك. عندما يتم إدخال الماء داخل محلول ملحي في شكل تدفق، تم العثور على عدد من العوامل التي تؤثر على مقدار الجليد يمكن أن تشكل. درجة حرارة الماء المالح وتركيز، والتي هي القوة الدافعة والحرارة ونقل الجماعي، على التوالي، يمكن أن تؤثر على تحويل راتي الماء إلى جليدس؛ انخفاض درجات الحرارة حمام وتركيز المحلول الملحي تشجع المزيد من الجليد لتشكيل. والريولوجيا التدفق، والتي يمكن أن تؤثر بشكل مباشر على كل من الحرارة ومعاملات نقل الجماعي، هو أيضا عامل رئيسي. بالإضافة إلى ذلك، الريولوجيا تدفق يتغير مجال الاتصال من تدفق مع السوائل السائبة.

Introduction

وتستخدم عجائن الجليد على نطاق واسع في الصناعة، واحد التطبيق الناجح بشكل خاص هو-ولادة الخنازير تكنولوجيا الثلج 1 و 2. بالمقارنة مع رغوة التقليدية وخنزير الصلبة، يمكن للخنزير الجليد السفر من خلال طبولوجيا معقدة على مسافة طويلة بسبب تأثير تزييت الطور السائل وارتفاع درجة التجمد لها وبعض من الجليد بلورات تذوب 5 . حتى لو كان يحصل عالقا الخنزير، يمكن للمرء ببساطة الانتظار للعجائن الجليد في الذوبان واستئناف عملية التنظيف في وقت لاحق. هذه الطريقة في التنظيف الأنابيب هي رخيصة وسهلة الاستخدام.

جزء الجليد يلعب دورا رئيسيا في أداء الخنزير الجليد. لقياس نسبة الجليد، يمكن للمرء استخدام كافيتيري (الصحافة الفرنسية) لتحديد ما إذا كان الطين الجليد سميكا بما يكفي "> 7. هناك جزء الجليد عالية كافيتيري، عادة 80٪، مطلوب عند إجراء ولادة الخنازير الجليد. وأظهرت البحوث التي أجريت مؤخرا على الإنترنت كشف جزء الجليد أن كلا من الموجات الكهرومغناطيسية والموجات فوق الصوتية هي مناسبة لهذا المنصب 10، 11.

عادة ما تكون مصنوعة الخنزير الجليد صانع الجليد كشط سطح من حل كلوريد الصوديوم 5٪ بالوزن (الماء المالح). بل هو أيضا وسيلة أساسية لجعل عجائن الجليد في الصناعة. هذا النوع من صنع الثلج يتجمد الماء أو محلول ملحي على سطح معدني بارد، عادة ما يكون سطح أملس 316 الفولاذ المقاوم للثم ماكينة القص دوريا جزيئات الجليد قبالة. واجهات السائل إلى المعدن معقدة جدا وتتأثر مجموعة واسعة من العوامل التي لا بد منها لصنع الثلج 12. واجهة بين غير المعدنية والماء يمكن أن تكون مختلفة جدا، ومثال واحد خاصة للاهتمام هو الكولنيت. وKaolواجهة المياه inite هو خاص بسبب عدم وجود بنية الجليد مواتية المجاور لسطح صلب، ولكن بدلا طبقة من السائل الركيزة مذبذب أن تشجع مجموعات المستعبدين الهيدروجين مثل الجليد لتشكيل فوقه 13 و 14. وهناك طريقة أخرى لإنتاج الخنزير الجليد يتطلب تكسير كتل الجليد ولم يضف بينما يتم إضافة عالية التركيز محلول ملحي في وقت واحد. لهذا الأسلوب، يمكن للنظام التبريد تشغيل عند درجة حرارة التبخر أعلى من ذلك بكثير بسبب عدم إضافة أية اكتئاب نقطة التجمد (حماية الأسرة) قبل تشكيل الجليد. وبالتالي يعتبر أكثر كفاءة نظرا لنسبة ضغط خفضت والسلطة تراجعت عن واجب إعطاء تبريد 15، 16، 17.

هناك طريقتان إنتاج الآيس الأخرى: إنتاج الثلج من المياه فائق التبريد ووضع التبريد والمياه في اتصال مباشر 18 و 19. الأسلوب ينطوي على البرودة الفائقة تعكير المياه فائق التبريد متبدل الاستقرار لتوليد التنوي الجليد والنمو. المشكلة الأكبر لهذا الأسلوب هو تشكيل الجليد غير المرغوب فيها التي يمكن منع النظام. يعتبر وسيلة اتصال مباشر وليس مناسبة للولادة الخنازير الجليد لأنه لا التبريد ولا زيت التشحيم مطلوبون في المنتج الجليد النهائي.

تشكيل الجليد يتطلب الحرارة ونقل الجماعي بسبب الحرارة الكامنة للانصهار ولدت في هذه العملية. اكتشفت لأول مرة من قبل أوسبورن رينولدز في عام 1874 أن نقل الحرارة والكتلة في الغازات تقترن بقوة ويمكن التعبير عنها في صيغ رياضية مماثلة 20. شكل هذا العمل ورقة رائدة في موضوع الزخم والحرارة ونقل الجماعي في السوائل وطبع عدة مرات 21 و 22. هذا الموضوع ثم درست من قبلعدد من الآخرين، من كلا النهجين التحليلية والتجريبية، للغازات والسوائل، والمعدن المنصهر 23، 24، 25، 26، 27، 28، 29، 30، 31، 32، 33. وبصرف النظر عن انتقال الحرارة والكتلة، يحتاج السائل مواقع التنوي حيث يمكن للنمو الجليد شجيري تتطور. ونظرة حديثة إلى نمو بلورات الثلج يستخدم القانون Constructal، التي وضعتها أدريان بيجان، ليشرح لماذا ينمو الجليد في هذا الطريق 34، 35، 36.

تشكيل الجليد في الماء المالح مختلفة جدا عن تلك في الماء النقي بسبب وجود الملح. أولا، الملح يغير الديناميكا الحرارية من السوائل ويقلل درجة التجمد لها. ثانيا، الملح لا يمكن أن تذوب في مصفوفة الجليد (باستثناء هيدروهاليت، التي يمكن أن تشكل فقط عندما تصل درجة الحرارة إلى نقطة سهل الانصهار)، ورفض أن السائل بكميات كبيرة عندما يبدأ الجليد في النمو. تم اكتشاف الرفض من الملح في كل من الجليد البحري والجليد درس في المختبر 37 و 38. منذ رفض محلول ملحي عالي التركيز هو على درجة حرارة أقل بكثير من درجة التجمد لمياه البحر، حيث ينزل، وينمو الجليد في التفاعل بين المياه المالحة المتدفقة والسوائل بكميات كبيرة هادئة. وقد اكتشفت هذه الهوابط الجليد، واسمه أيضا brinicles، لأول مرة في ماكموردو الصوت، والقطب الجنوبي وكان درس التجربة 39، 40، 41، 42. في عام 2011، بي بي سي بتصوير تشكيل brinicles في سلسلة المجمدة كوكب لها"XREF"> 43 و 44.

في المختبر، واكتشف أن طريق عكس السوائل المتدفقة وهادئة عند تقديم الماء للحمام من محلول ملحي بارد، والماء قد تتحول إلى جليد وفقا للشروط الصحيحة 45. وقد تبين أن الموقع حيث يتم إدخال الماء، وتدفق الريولوجيا، ودرجة حرارة المياه المالحة والتركيز كلها عوامل رئيسية تؤثر في الكيفية التي يمكن أن تنتج الكثير من الجليد. ويتمثل الهدف العام من هذه الدراسة هو التحقيق في ما إذا كان يمكن تطوير صانع الجليد من خلال هذه الآلية لتوليد عجائن الجليد، بالنظر إلى أن درجة حرارة المبخر مرتفعة وارتفاع معدل نقل الحرارة السائل إلى سائل يمكن أن تعزز كفاءة استخدام الطاقة. هذه المادة سهم الجوانب الرئيسية من التجربة.

Protocol

الحذر: هناك نوعان من المواد الكيميائية السامة، والميثانول وجلايكول الإثيلين، وتستخدم في هذه التجارب. الميثانول يمكن استقلابه في الجسم البشري لتوليد الفورمالديهايد ثم إلى حمض الفورميك أو ملح فورمات. هذه المواد سامة للجهاز العصبي المركزي، وربما حتى تسبب الموت. جلايكول الإثيلين يمكن أن تتأكسد لحمض الجليكوليك، والتي يمكن أن تتحول بعد ذلك إلى حمض الأكساليك. هذا يمكن أن يسبب الفشل الكلوي والموت. لا تشرب هذه المواد الكيميائية. استشارة الطبيب فورا في حالة حدوث حادث.

1. نظام التبريد

ملاحظة: من الصعب جدا للحفاظ على المياه المالحة في -18 درجة مئوية أو حتى عندما تكون درجة الحرارة المحيطة تقريبا في درجة حرارة الغرفة. من المهم أن الدبابات تخزين جلايكول الإثيلين والماء المالح هي معزولة جيدا وذات حجم معقول لتجنب استهلاك الكهرباء الزائدة وضمان الأداء الأمثل للنظام. فمن المستحسن أن حجم الخزان لا تتجاوز 30 L.

  1. تحضير السائل التبريد الثانوي
    1. صب 1 لتر من جلايكول الإثيلين في خزان التبريد الثانوي، تانك ألف (قاعدة: 400 ملم × 200 ملم، الطول: 350 مم). إضافة ما يقرب من 0،6 حتي 0،65 L (600-650 ز) من الماء إلى خزان أ.
    2. كرر الخطوة 1.1.1 عدة مرات حتى يكون هناك ما يكفي من السوائل في خزان (25 لتر).
    3. تحريك السوائل بحيث السائل متجانس.
    4. التبديل على مضخات اثنين في خزان وإلى الإعداد بكامل طاقتها (2500 لتر / ساعة). تأكد من أن جميع فقاعات المحاصرين في المبادلات الحرارية ويتم إطلاقها الأنابيب.
    5. إيقاف المضخة لمراقبة على إطلاق سراح جميع الفقاعات. إذا لم يكن كذلك، كرر الخطوة 1.1.4.
  2. إعداد محلول ملحي
    ملاحظة: في هذا المثال، يتم إعداد 22٪ بالوزن ماء مملح. إذا كانت هناك حاجة تركيزات أخرى، ينبغي أيضا أن تتغير كتلة الملح المضافة وفقا لذلك. يمكن العثور على التركيز والكثافة القيم المرجعية محلول ملحي على صفحة D-257 من الطبعة 64 عشر (1983) من الدليل CRC ه الكيمياء والفيزياء 46.
    1. إضافة 4 كجم من الماء في 5-L كوب من البلاستيك.
    2. قياس 1 كجم من كلوريد الصوديوم الملح على مقياس إلكترونية ويصب هذا الملح في كوب مع الماء.
    3. يحرك الخليط حتى حل واضح (أي لا توجد جزيئات الملح أو فقاعات الماء واضحة في حل).
    4. أخذ عينة، ~ 10 مل من محلول باستخدام حقنة 10 مل.
    5. حقن السوائل في متر الكثافة U-أنبوب.
    6. التحقق من وجود فقاعات الهواء في الأنبوب. إذا كان هناك أي، وضخ المزيد من السوائل لدفعهم للخروج.
    7. اضغط على "إعدادات خيارات" وحدد "الكثافة درجة الحرارة." نوع في 20 ° C ثم اضغط على "موافق". سيكون المقياس كثافة الآن قياس كثافة السوائل في درجة الحرارة هذه.
    8. الصحافة بدء وانتظر النتيجة.
    9. مقارنة بالقراءة كثافة مع 1164.00 كجم / م 3.
    10. إضافة المزيد من الملح إذا كانت القراءة هي أقل من comparisoكثافة ن. إضافة الماء إذا على خلاف ذلك.
    11. كرر الخطوات 1.2.3-1.2.10 حتى كثافة السوائل صحيحة (1164.00 كجم / م 3).
    12. صب هذا الحل في وعاء كبير، حاوية A.
    13. استخدام الخطوات 1.2.1-1.2.12 لجعل 35-40 لتر من الماء المالح ووضع الحاويات وفي الفريزر الصدر في -40 درجة مئوية. الحفاظ على المياه المالحة هناك لمدة 48-72 ساعة، حتى تصل درجة حرارته -19.18 درجة مئوية (نقطة من هذه 22٪ بالوزن محلول ملحي تجميد).

2. إعداد الجليد لحقن وغسل الماء

  1. تحضير كريم للمياه عن طريق الحقن
    1. صب 1 لتر من الماء في وعاء صغير (200 × 200 × 50 مم).
    2. كرر الخطوة 2.1.1 مع وعاء آخر وتضع حاويات اثنين في الفريزر الصدر في -40 درجة مئوية.
    3. الاحتفاظ بها في الثلاجة لمدة 10 ساعة أو أكثر للتأكد من أن كل من المياه المجمدة.
  2. إعداد القشرة الجليدية مياه الغسيل ل
    1. ملء كوب 5-L مع 5 لترات من الماء.
    2. ملء كوب 2-L مع 2 لتر من الماء.
    3. وضع كل من الأكواب في الفريزر الصدر في -40 درجة مئوية لمدة 8-10 ساعة حتى لا يكون هناك صدفة سميكة من الجليد التفاف حول المياه رفع التجميد.
    4. استخدام المياه النفاثة عالية السرعة بسرعة من 3-5 م / ث من الصنبور لفتح ثقب قطره 3 سم في الجزء العلوي من القشرة الجليدية.
    5. استنزاف المياه داخل القشرة الجليدية.
    6. وضع الأكواب اثنين من العودة في الثلاجة.
    7. إذا كانت كتلة من القشرة الجليدية لا تصل إلى 3 كلغ و 1 كلغ للالأكواب اثنين، على التوالي، كرر الخطوات من 2.2.1-2.2.5، ولكن نأخذ الأكواب في الثلاجة لفترة أطول في خطوة 2.2.3. الآن يجب أن تكون الأكواب اثنين قادرة على احتواء 2 لتر و 1 لتر من الماء، على التوالي.

3. المياه مقدمة الوظيفة وتجربة تحكم دراسة الخواص الانسيابية

  1. إدخال المياه على سطح الماء المالح
    1. صب 2 لتر من محلول ملحي بارد 22٪ بالوزن من الحاويات وفيدلو الألومنيوم صانع الآيس كريم والتبديل على وحدة التبريد.
    2. قياس درجة حرارة الماء المالح مع ميزان الحرارة / الحرارية (إما K-النوع أو من نوع T هي مناسبة). الاستمرار في التجربة إذا كان الماء المالح -15 درجة مئوية أو أقل.
    3. تملأ حقنة زجاجية 100 مل مع الاستفادة من المياه في درجة حرارة الغرفة. إرفاق قطرها 2 ملم الداخلي، 1 مم، و 1 متر أنبوب السيليكون طويلا لطرف الحقنة.
    4. وضع حقنة في موضع معين مثل أن هناك الرأس بين المياه في حقنة والخروج من أنبوب السيليكون. فإن الضغط الهيدروستاتيكي ضغط الماء من الأنبوب.
    5. غمر مدة معينة من أنبوب السيليكون، عادة 70 سم، في محلول ملحي.
    6. ضبط الوضع النسبي بين حقنة وخروج الأنبوب بحيث الضغط الهيدروليكي كبيرة بما يكفي للسماح للمياه لمغادرة حقنة. إذا تم حظر أنبوب، وزيادة رأس برفع حقنة لوضع عمودي العالي، الاتحاد الوطني للعمال ايل الضغط الهيدروستاتيكي يمكن التغلب على إجهاد القص داخل الأنبوب.
    7. حافظ على الخروج أنبوب ما يقرب من 1 سم أو أقل فوق سطح الماء المالح.
    8. ضبط طول أنبوب المغمورة وارتفاع حقنة للسيطرة على منفذ الماء تسمح درجة الحرارة ومعدل التدفق من أجل تحديد مقدار الجليد يمكن أن يتم أو مقدار الخلط يحدث على سطح الماء المالح. الآن يجب أن يكون لاحظت ظاهرة التجمد على سطح الماء المالح. أنظر المرجع 45 لمزيد من التوجيه.
  2. إدخال المياه من خلال محلول ملحي
    1. كرر الخطوات من 3.1.1-3.1.6.
    2. حافظ على الخروج أنبوب داخل محلول ملحي، ويفضل أن يكون في قاع الإناء.
    3. ضبط طول الأنبوب المغمورة وارتفاع حقنة.
    4. ضبط زاوية الخروج أنبوب للسيطرة على الريولوجيا من التدفق.
    5. كرر الخطوات من 3.2.3-3.2.4 للعثور على الريولوجيا تدفق أفضل إلى جانب والمعدل الذي يمكن أن تنتج معظم الجليد تتدفق.

الحمار = "jove_title"> 4. إنتاج الثلج، وجمع، والقياس

  1. جعل الجليد
    1. إذا كان هناك فقاعات في الأنابيب، والتبديل على مضخات اثنين داخل خزان للافراج عن فقاعات من نظام التداول غليكول، ومن ثم إيقاف تشغيل المضخات.
    2. التبديل على وحدات التبريد ثلاث والسماح لهم بالترشح ل10-16 ساعة لتهدئة حلول جلايكول الإثيلين.
    3. قياس الحل جلايكول الإثيلين مع ميزان الحرارة / الحرارية. يجب أن تكون درجة الحرارة غليكول في حوالي -25 درجة مئوية.
    4. قياس درجة حرارة الماء المالح في الحاويات وللتأكد من أنها في -19 درجة مئوية قبل الشروع في خطوة 4.1.5.
    5. ملء خزان المياه المالحة، خزان B، مع ما يقرب من 30 لتر من محلول ملحي من الحاويات ألف والتبديل على مضخات اثنين في خزان أ.
    6. قياس درجة حرارة غليكول في تانك A. إذا كان أبرد من -19 درجة مئوية، وإيقاف واحد أو أكثر من الوحدات التبريد لمنع ترسب جزيئات الثلج خارج المبادلات الحرارية طن دبابات B. إذا كانت درجة الحرارة أكثر دفئا من درجة حرارة الماء المالح هو متوقع، تشغيل جميع وحدات التبريد الثلاث. تنفيذ التجربة في -17 درجة مئوية إلى -19 درجة مئوية.
    7. وضع اثنين من كتل من الجليد ولم يضف من الخطوة 2.1 في معزول الكأس 5-L، حاوية B، وتصب حوالي 3 لتر من الماء في الكأس.
    8. قياس درجة حرارة المياه والاحتفاظ بها في 2 درجة مئوية عن طريق اثارة الخليط بين التجارب إذا ارتفعت درجة الحرارة.
    9. ملء حقنة زجاجية مع 100 مل من الماء C 2 درجة.
    10. تطبيق 5-10 مل من الميثانول إلى زجاج النافذة تانك B لوقف التكثيف وتشكيل الجليد.
    11. حقن الماء في محلول ملحي عن طريق ضبط الوضع النسبي بين حقنة وخروج الأنبوب حتى لا يكون هناك ضغط الهيدروستاتيكي المستمر، وبالتالي على معدل تدفق ثابت. يجب أن يغطس نحو 70 سم من أنبوب سيليكون في محلول ملحي. ضبط زاوية الحقن إلى 0 درجة بحيث أن سرعة المياه الأولية في أعلى خيمةction هو 0 م / ث.
      ملاحظة: حقنة يمكن أن تكون إما أو فرضت لموقف باليد. هي اليد التي عقدت أكثر ملاءمة عندما تكون درجة حرارة الماء المالح هو الأكثر برودة، لأنه يأخذ المزيد من الوقت لضبط الموقف، والجليد قد تمنع الأنبوب. الحفاظ على الريولوجيا تدفق ثابتة طوال التجربة من خلال ضمان معدل تدفق وحقن زاوية ثابتة (0 درجة) وعن طريق الحفاظ على الحدود تجميد ما يقرب من 3 سم فوق خروج الأنبوب. لا تدع تدفق دخول المنطقة حيث يبدأ لتحويل مضطربة 47. أنظر المرجع 45 لمزيد من التوجيه.
    12. جمع الجليد كما هو موضح في الخطوات 4.2 و 4.3. كرر الخطوات من 4.1.8 - 4.1.11 في درجات حرارة المياه المالحة مختلفة.
  2. جمع المنتجة الجليد وتقدير مقدار الجليد ينتج (جمع الجاف)
    1. وضع وعاء (200 × 200 × 50 ملم) على نطاق والصفر القراءة عن طريق الضغط على "تشغيل" زر.
    2. استخدام منخل لحلج القطن من الجليد والتخلص منمحلول ملحي.
    3. وضع هذا الجليد في الحاوية. قياس كتلة الجليد باستخدام مقياس.
    4. بعد ذوبان الجليد، واستخدام الحقنة 10 مل لأخذ عينة. حقن هذه العينة من السائل إلى متر كثافة.
    5. تنفيذ الخطوات 1.2.6-1.2.9.
    6. تسجيل قراءة الكثافة.
    7. حساب كتلة الماء الصافي من كثافته (أي كتلة من المياه تحويلها إلى الجليد) باستخدام الصيغة التالية:
      figure-protocol-12572
      أين figure-protocol-12646 هو تركيز المحلول الملحي التي كتبها٪ بالوزن و figure-protocol-12755 و figure-protocol-12821 هي الجماهير من الملح والماء، على التوالي.
  3. جمع المنتجة الجليد وتقدير مقدار الجليد ينتج (جمع الرطب)
    1. ملء كوب 5-L مع القشرة الجليدية (الخطوة 2.2) ودرجة حرارة الغرفة ماء الصنبور. وضعها مرة أخرى في الثلاجة عند -40 درجة مئوية.
    2. صب الماء مع القشرة الجليدية من الكأس 5-L في كوب 2-L عند درجات الحرارة فيه عند 0 درجة مئوية. تملأ الكأس 5-L. تبقي على حد سواء الأكواب في الثلاجة.
    3. يستخرج الجليد التي تنتج في خطوات 4.1.8 و 4.1.9 وتصب 200-500 مل من الماء من كوب 2-L على الجليد لأنه يغسل. لا تهزه غربال قبل تطبيق مئوية الماء 0 درجة.
    4. التخلص من السوائل في غربال.
    5. كرر الخطوات من 4.2.2-4.2.7.

النتائج

الشكل 1 يقارن آثار المياه أدخلت على سطح الماء المالح إلى الماء المحقون من خلال محلول ملحي. في السيناريو "الايس كاب"، والجليد المتكون هو صلب لأن الماء لا يختلط كثيرا مع السوائل السائبة. الفرق في درجة الحرارة والكثافة بين السوائل اثنين ي?...

Discussion

عملية توليد الجليد باستخدام محلول ملحي كمبرد الثانوية ينطوي على مزيج من الحرارة ونقل الجماعي. إذا كان نقل الحرارة أكبر، ثم أشكال الجليد قبل أن الماء لديه فرصة لخلط مع السوائل السائبة. ولوحظ أنه عندما يكون هناك حركة نسبية بين الماء قدم ومحلول ملحي بالجملة هادئة (أي

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgements

الكتاب ليس لديهم الاعترافات.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
DMA 4500 MAnton Paar81546022Density Metre
GELATO Chef 2200magimix0036500504R13Ice Cream Maker
280DFREEZE MASTER241-1441Pipe Freezer
M17.5X2BLUE ICE MACHINESGK924Slushy Puppy Machine
HH68KOMEGA140045Thermometer
OHAUSTS4KW1324Scale
ZFC321WA/BNI225ZANUSSI920672574-00Freezer
EIS Heater MatrixVauxhall214720041Heat Exchanger
2500LPHJBAAP-2500Pump
Glass syringeFORTUNA Optima100 mL
OAT concentrated coolantwilkoP30409014Ethylene Glycol
pure dried vacuum saltINEOS Enterprise1433324NaCl Salt
Methylated SpiritsBarrettine1170Methanol 

References

  1. Quarini, G. L. Cleaning and separation in conduits. UK patent. , (2001).
  2. Quarini, J. Ice-pigging to reduce and remove fouling and to achieve clean-in-place. Appl. Therm. Eng. 22, 747-753 (2002).
  3. Evans, T. S., Quarini, G. L., Shire, G. S. F. Investigation into the transportation and melting of thick ice slurries in pipes. Int. J. Refrig. 31, 145-151 (2008).
  4. Shire, G. S. F., Quarini, G. L., Rhys, T. D. L., Evans, T. S. The anomalous pressure drop behaviour of ice slurries flowing through constrictions. Int. J. Multiph. Flow. 34, 510-515 (2008).
  5. Shire, G. S. F., Quarini, G. L., Evans, T. S. Pressure drop of flowing ice slurries in industrial heat exchangers. Appl. Therm. Eng. 29, 1500-1506 (2009).
  6. Evans, T. S. . Technical Aspects of Pipeline Pigging with Flowing Ice Slurries [dissertation]. , (2007).
  7. Shire, G. S. F. . The behaviour of ice pigging slurries [dissertation]. , (2006).
  8. Hales, A., et al. Ice fraction measurement of ice slurries through electromagnetic attenuation. Int. J. Refrig. 47, 98-104 (2014).
  9. Hales, A., et al. The effect of salinity and temperature on electromagnetic wave attenuation in brine. Int. J. Refrig. 51, 161-168 (2015).
  10. Hales, A. . Ice slurry diagnostics through electromagnetic wave attenuation and other techniques [dissertation]. , (2015).
  11. Lucas, E. J. K., Hales, A., McBryde, D., Yun, X., Quarini, G. L. Noninvasive Ultrasonic Monitoring of Ice Pigging in Pipes Containing Liquid Food Materials. J. Food Process. Eng. 40, e12306 (2015).
  12. Carrasco, J., Hodgson, A., Michaelides, A. A molecular perspective of water at metal interfaces. Nat. Mater. 11, 667-674 (2012).
  13. Hu, X. L., Michaelides, A. Ice formation on kaolinite: Lattice match or amphoterism? . Surf. Sci. 601, 5378-5381 (2007).
  14. Hu, X. L., Michaelides, A. The kaolinite (0 0 1) polar basal plane. Surf. Sci. 604, 111-117 (2010).
  15. Leiper, A. N., Ash, D. G., McBryde, D. J., Quarini, G. L. Improving the thermal efficiency of ice slurry production through comminution. Int. J. Refrig. 35, 1931-1939 (2012).
  16. Leiper, A. . Carnot cycle optimisation of ice slurry production through comminution of bulk ice [dissertation]. , (2012).
  17. Leiper, A. N., Hammond, E. C., Ash, D. G., McBryde, D. J., Quarini, G. L. Energy conservation in ice slurry applications. Appl. Therm. Eng. 51, 1255-1262 (2013).
  18. Bédécarrats, J. -. P., David, T., Castaing-Lasvignottes, J. Ice slurry production using supercooling phenomenon. Int. J. Refrig. 33, 196-204 (2010).
  19. Wijeysundera, N. E., Hawlader, M. N. A., Andy, C. W. B., Hossain, M. K. Ice-slurry production using direct contact heat transfer. Int. J. Refrig. 27, 511-519 (2004).
  20. Reynolds, O. On the extent and action of the heating surface of steam boilers. Proc. Lit. Philos. Soc. Manch. 14, 7-12 (1874).
  21. Reynolds, O. . Papers on mechanical and physical subjects: reprinted from various transactions and journals. , 81-85 (1900).
  22. Reynolds, O. Papers on mechanical and physical subjects. Int. J. Heat Mass Transfer. 12, 129-136 (1969).
  23. Prandtl, L. Eine Beziehung zwischen Wärmeaustausch und Strömungswiderstand der Flüssigkeiten (On the relation between heat exchange and stream resistance of fluid flow). Physik. Z. 11, 1072-1078 (1910).
  24. Prandtl, L. Bemerkung über den Wärmeübergang im Rohr (Note on heat transmission in pipes). Physik. Z. 29, 487-489 (1928).
  25. Taylor, G. I. Conditions at the surface of a hot body exposed to the wind. Rep. Memo. ACA. 272, (1916).
  26. Taylor, G. I. The Application of Osborne Reynolds' Theory of Heat Transfer to Flow through a Pipe. Proc. R. Soc. A. 129, 25-30 (1930).
  27. Kármán, T. v. . Proceedings of the Fourth International Congress for Applied Mechanics. , 54-91 (1934).
  28. Kármán, T. v. The analogy between fluid friction and heat transfer. Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 61, 705-710 (1939).
  29. Martinelli, R. C. Heat transfer to molten metals. Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 69, 947-959 (1947).
  30. Colburn, A. P. A method of correlating forced convection heat-transfer data and a comparison with fluid friction. Trans. Am. Inst. Chem. Eng. 29, 174-210 (1933).
  31. Colburn, A. P. A method of correlating forced convection heat-transfer data and a comparison with fluid friction. Int. J. Heat Mass Transfer. 7, 1359-1384 (1964).
  32. Chilton, T. H., Colburn, A. P. Mass Transfer (Absorption) Coefficients Prediction from Data on Heat Transfer and Fluid Friction. Ind. Eng. Chem. 26, 1183-1187 (1934).
  33. Friend, W. L., Metzner, A. B. Turbulent heat transfer inside tubes and the analogy among heat, mass, and momentum transfer. AIChE J. 4, 393-402 (1958).
  34. Bejan, A. Constructal-theory network of conducting paths for cooling a heat generating volume. Int. J. Heat Mass Transfer. 40, 799-816 (1997).
  35. Bejan, A., Lorente, S. Constructal theory of generation of configuration in nature and engineering. J. Appl. Phys. 100, 041301 (2006).
  36. Bejan, A., Lorente, S., Yilbas, B. S., Sahin, A. Z. Why solidification has an S-shaped history. Sci. Rep. 3, 1711 (2013).
  37. Lake, R. A., Lewis, E. L. Salt rejection by sea ice during growth. J. Geophys. Res. 75, 583-597 (1970).
  38. Wettlaufer, J. S., Worster, M. G., Huppert, H. E. Natural convection during solidification of an alloy from above with application to the evolution of sea ice. J. Fluid Mech. 344, 291-316 (1997).
  39. Paige, R. A. Stalactite Growth beneath Sea Ice. Science. 167, 171-172 (1970).
  40. Dayton, P. K., Martin, S. Observations of ice stalactites in McMurdo Sound, Antarctica. J. Geophys. Res. 76, 1595-1599 (1971).
  41. Eide, L. I., Martin, S. The formation of brine drainage features in young sea ice. J. Glaciol. 14, 137-154 (1975).
  42. Martin, S. Ice stalactites: comparison of a laminar flow theory with experiment. J. Fluid Mech. 63, 51-79 (1974).
  43. Jeffs, K., Attenborough, D. . Frozen Planet: Episode 5 'Winter'. , (2011).
  44. Fothergill, A., Berlowitz, V., Attenborough, D. Ch. Winter: Life closes down. in Frozen Planet: A World Beyond Imagination. , (2011).
  45. Yun, X., et al. Ice formation in the subcooled brine environment. Int. J. Heat Mass Transfer. 95, 198-205 (2016).
  46. Weast, R. C. . CRC Handbook of Chemistry and Physics. 64, 257-258 (1983).
  47. Bejan, A., Lage, J. L. The Prandtl Number Effect on the Transition in Natural Convection Along a Vertical Surface. J. Heat Transfer. 112, 787-790 (1990).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

121 COP

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved