A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
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.
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.
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 3، 4، 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 6،"> 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 8، 9، 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.
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.
2. إعداد الجليد لحقن وغسل الماء
3. المياه مقدمة الوظيفة وتجربة تحكم دراسة الخواص الانسيابية
الحمار = "jove_title"> 4. إنتاج الثلج، وجمع، والقياس
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?...
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
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
الكتاب ليس لديهم الاعترافات.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
DMA 4500 M | Anton Paar | 81546022 | Density Metre |
GELATO Chef 2200 | magimix | 0036500504R13 | Ice Cream Maker |
280D | FREEZE MASTER | 241-1441 | Pipe Freezer |
M17.5X2 | BLUE ICE MACHINES | GK924 | Slushy Puppy Machine |
HH68K | OMEGA | 140045 | Thermometer |
OHAUS | TS4KW | 1324 | Scale |
ZFC321WA/BNI225 | ZANUSSI | 920672574-00 | Freezer |
EIS Heater Matrix | Vauxhall | 214720041 | Heat Exchanger |
2500LPH | JBA | AP-2500 | Pump |
Glass syringe | FORTUNA Optima | 100 mL | |
OAT concentrated coolant | wilko | P30409014 | Ethylene Glycol |
pure dried vacuum salt | INEOS Enterprise | 1433324 | NaCl Salt |
Methylated Spirits | Barrettine | 1170 | Methanol |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved