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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Attenzione: Ci sono due sostanze chimiche velenose, metanolo e glicole etilenico, utilizzati in questi esperimenti. Il metanolo può essere metabolizzato nel corpo umano per generare formaldeide e quindi ad acido formico o sale formiato. Queste sostanze sono tossici per il sistema nervoso centrale e possono anche causare la morte. glicole etilenico può essere ossidato ad acido glicolico, che possono poi trasformarsi in acido ossalico. Ciò può causare insufficienza renale e morte. Non bere queste sostanze chimiche. Consultare immediatamente un medico se si verifica un incidente. 1. Il sistema di raffreddamento NOTA: È molto difficile mantenere la salamoia a -18 ° C oppure quando la temperatura ambiente è all&#39;incirca a temperatura ambiente. È importante che i bacini di stoccaggio del glicole etilenico e salamoia sono ben isolate e di dimensioni ragionevoli per evitare il consumo di energia elettrica in eccesso e per garantire prestazioni ottimali del sistema. Si raccomanda che le dimensioni del serbatoio non superi 30 L. <ol><li> Preparare il fluido di raffreddamento secondario <ol><li> Versare 1 L di glicole etilenico nel serbatoio di raffreddamento secondario, serbatoio A (Base: 400 mm × 200 mm, Altezza: 350 mm). Aggiungere circa ,6-,65 L (600-650 g) di acqua al serbatoio A. </li><li> Ripetere il punto 1.1.1 più volte fino a quando c&#39;è abbastanza liquido nel serbatoio A (25 L). </li><li> Mescolare il fluido in modo che il fluido omogeneo. </li><li> Accendere le due pompe in serbatoio A all&#39;impostazione piena capacità (2,500 L / h). Assicurarsi che tutte le bolle intrappolate negli scambiatori di calore e le tubazioni vengono rilasciati. </li><li> Spegnere la pompa di osservare se tutte le bolle vengono rilasciati. In caso contrario, ripetere il passaggio 1.1.4. </li></ol></li><li> Preparazione della salamoia NOTA: In questo esempio, il 22% in peso della salamoia viene preparata. Se sono necessarie altre concentrazioni, la massa di sale aggiunto deve essere modificata di conseguenza. I valori di concentrazione e densità salamoia di riferimento può essere trovato a pagina D-257 della 64 ° edizione (1983) di The CRC Handbook of Chemistry and Physics 46. <ol><li> Aggiungere 4 kg di acqua in un becher di plastica 5-L. </li><li> Misurare 1 kg di sale NaCl su una bilancia elettronica e versare questo sale nel bicchiere con l&#39;acqua. </li><li> Mescolare la miscela fino a soluzione limpida (cioè, non ci sono particelle di sale o bolle d&#39;acqua visibile nella soluzione). </li><li> Prelevare un campione, ~ 10 ml, della soluzione con una siringa da 10 ml. </li><li> Iniettare il liquido nella densimetro U-tube. </li><li> Verificare la presenza di bolle d&#39;aria nel tubo. Se ci sono, iniettare più fluida a spingerli fuori. </li><li> Press &quot;Impostazioni rapide&quot; e selezionare &quot;Densità di temperatura.&quot; Digitare 20 ° C e premere &quot;OK&quot;. Il misuratore di densità sarà ora misurare la densità del fluido a questa temperatura. </li><li> Premere Start e attendere il risultato. </li><li> Confrontare la lettura di densità con 1164,00 kg / m 3. </li><li> Aggiungere più sale se la lettura è inferiore alla CONFRONTODensità n. Aggiungere l&#39;acqua nel caso contrario. </li><li> Ripetere i passaggi 1.2.3-1.2.10 fino a quando la densità del fluido è corretto (1164.00 kg / m 3). </li><li> Versare questa soluzione in un contenitore più grande, Container A. </li><li> Seguire i punti 1.2.1-1.2.12 di fare 35-40 L di salamoia e messo contenitore A in un congelatore orizzontale a -40 ° C. Mantenere la salamoia lì per 48-72 ore, fino a quando la sua temperatura raggiunge -19,18 ° C (punto di questo il 22% in peso di salamoia congelamento). </li></ol></li></ol> 2. Preparazione del ghiaccio per il Iniettare e lavaggio con acqua <ol><li> Preparare il ghiaccio per l&#39;acqua iniezione <ol><li> Versare 1 L di acqua in un piccolo contenitore (200 × 200 × 50 mm). </li><li> Ripetere il passaggio 2.1.1 con un altro contenitore e posizionare i due contenitori nel congelatore a -40 ° C. </li><li> Tenerli nel congelatore per 10 ore o più per assicurare che tutta l&#39;acqua è congelato. </li></ol></li><li> Preparare guscio di ghiaccio dell&#39;acqua di lavaggio <ol><li> Riempire un 5-L becher con 5 L di acqua. </li><li> Riempire un 2-L bicchiere con 2 litri di acqua. </li><li> Posizionare entrambi i bicchieri nel congelatore a -40 ° C per 8-10 ore in modo che ci sia uno spesso guscio di avvolgimento ghiaccio attorno acqua non congelata. </li><li> Utilizzare un getto d&#39;acqua ad alta velocità ad una velocità di 3-5 m / s dal rubinetto per aprire un foro del diametro di 3 cm nella parte superiore della calotta di ghiaccio. </li><li> Scaricare l&#39;acqua all&#39;interno del guscio di ghiaccio. </li><li> Mettere i due bicchieri di nuovo nel congelatore. </li><li> Se la massa del guscio di ghiaccio non raggiunge 3 kg e 1 kg per i due bicchieri, rispettivamente, ripetere i punti 2.2.1-2.2.5, ma tenere i bicchieri in freezer più a lungo nella fase 2.2.3. Le due bicchieri dovrebbero ora essere in grado di contenere 2 L e 1 L di acqua, rispettivamente. </li></ol></li></ol> 3. Acqua Introduzione posizione e l&#39;esperimento di controllo reologia <ol><li> Introdurre acqua sulla superficie della salamoia <ol><li> Decantare 2 L di 22 wt% di salamoia fredda dal contenitore A nelsecchio di alluminio della gelatiera e accendere l&#39;unità di raffreddamento. </li><li> Misurare la temperatura della salamoia con un termometro / termocoppia (sia di tipo K o tipo T sono adatti). Si prosegue l&#39;esperimento se la salamoia è -15 ° C o inferiore. </li><li> Riempire la siringa di vetro da 100 mL con acqua di rubinetto a temperatura ambiente. Attaccare un diametro di 2 mm interna, spessa 1 mm e tubo lungo silicone 1-m alla punta della siringa. </li><li> Posizionare la siringa in una posizione specifica in modo che vi è una testa tra l&#39;acqua nella siringa e l&#39;uscita del tubo di silicone. La pressione idrostatica spremere l&#39;acqua dal tubo. </li><li> Immergere una certa lunghezza del tubo in silicone, tipicamente 70 cm, in salamoia. </li><li> Regolare la posizione relativa tra la siringa e l&#39;uscita del tubo in modo che la pressione idrostatica è grande abbastanza per permettere all&#39;acqua di lasciare la siringa. Se il tubo è bloccato, aumentare la testa elevando la siringa in posizione verticale superiore, until la pressione idrostatica in grado di superare la sollecitazione di taglio all&#39;interno del tubo. </li><li> Mantenere l&#39;uscita del tubo di circa 1 cm o meno al di sopra della superficie della salamoia. </li><li> Regolare la lunghezza del tubo sommerso e l&#39;altezza della siringa per controllare sbocco dell&#39;acqua lascia temperatura e portata al fine di determinare la quantità di ghiaccio può essere fatto o quanto miscelazione avviene in superficie salamoia. Il fenomeno di congelamento dovrebbe essere osservato in superficie salamoia. Vedere di riferimento 45 per ulteriori direzione. </li></ol></li><li> Introdurre acqua attraverso la salamoia <ol><li> Ripetere i punti 3.1.1-3.1.6. </li><li> Mantenere l&#39;uscita del tubo all&#39;interno della salamoia, preferibilmente nella parte inferiore del contenitore. </li><li> Regolare la lunghezza del tubo sommerso e l&#39;altezza siringa. </li><li> Regolare l&#39;angolo del tubo di uscita per controllare la reologia del flusso. </li><li> Ripetere i punti 3.2.3-3.2.4 per trovare la reologia flusso migliore accoppiata e la velocità che può produrre il più ghiaccio fluire. </li></ol></li></ol><ol><li> fare il ghiaccio <ol><li> Se ci sono bolle nei tubi, accendere le due pompe all&#39;interno del serbatoio A per liberare le bolle fuori del sistema di circolazione glicole, e poi spegnere le pompe. </li><li> Accendere il tre unità di refrigerazione e lasciarli correre per 10-16 ore per raffreddare le soluzioni di glicole etilenico. </li><li> Misurare la soluzione glicole etilenico con un termometro / termocoppia. La temperatura glicole dovrebbe essere di circa -25 ° C. </li><li> Misurare la temperatura della salamoia in un contenitore A per assicurarsi che sia a -19 ° C prima di procedere al punto 4.1.5. </li><li> Riempire il serbatoio salamoia, Serbatoio B, con circa il 30 L di salamoia dal contenitore A e accendere le due pompe in vasca A. </li><li> Misurare la temperatura del glicole nella vasca A. Se è più freddo di -19 ° C, spegnere una o più unità di raffreddamento per impedire la precipitazione di particelle di ghiaccio di fuori scambiatori in serbatoio B. Se la temperatura è più calda rispetto alla temperatura della salamoia previsto, accendere tutte e tre le unità di raffreddamento. Effettuare l&#39;esperimento a -17 ° C a -19 ° C. </li><li> Posizionare i due blocchi predefiniti di ghiaccio dal punto 2.1 nella isolata 5-L bicchiere, contenitore B, e versare circa 3 litri di acqua nel bicchiere. </li><li> Misurare la temperatura dell&#39;acqua e la tiene a 2 ° C mescolando la miscela tra esperimenti, se la temperatura aumenta. </li><li> Riempire la siringa di vetro con 100 ml di acqua 2 ° C. </li><li> Applicare 5-10 ml di metanolo al vetro della finestra Serbatoio B per fermare la condensazione e la formazione di ghiaccio. </li><li> Iniettare l&#39;acqua in salamoia regolando la posizione relativa tra la siringa e l&#39;uscita del tubo in modo che vi sia una pressione idrostatica costante e quindi una portata costante. Circa 70 cm di tubo di silicone deve essere immersa nella salamoia. Regolare l&#39;angolo di iniezione a 0 ° in modo che la velocità iniziale di acqua nel dire ascendentection è 0 m / s. NOTA: La siringa può essere o bloccato ad un supporto portatile. Tenuto in mano è più appropriato quando la temperatura è più fredda della salamoia, perché ci vuole più tempo per regolare uno stand, e il ghiaccio può bloccare il tubo. Mantenere la reologia flusso costante durante l&#39;esperimento garantendo una portata e iniezione angolo costante (0 °) e mantenendo la frontiera congelamento di circa 3 cm sopra l&#39;uscita del tubo. Non lasciate che il flusso di entrare nella regione in cui si inizia a girare turbolenta 47. Vedere di riferimento 45 per ulteriori direzione. </li><li> Raccogliere il ghiaccio come descritto ai punti 4.2 e 4.3. Ripetere i punti 4.1.8 - 4.1.11 a diverse temperature salamoia. </li></ol></li><li> Raccogliere il ghiaccio prodotto e stimare quanto il ghiaccio si produce (insieme a secco) <ol><li> Mettere un contenitore (200 × 200 × 50 mm) sulla bilancia e azzerare la lettura premendo il tasto &quot;Turn On&quot; pulsante. </li><li> Utilizzare il setaccio per scavare il ghiaccio e scrollarsi di dossola salamoia. </li><li> Mettere questo ghiaccio nel contenitore. Misurare la massa del ghiaccio con la scala. </li><li> Dopo il ghiaccio è sciolto, usare la siringa 10 ml per prelevare un campione. Iniettare questo campione di liquido nel densimetro. </li><li> Eseguire i punti 1.2.6-1.2.9. </li><li> Registrare la lettura di densità. </li><li> Calcolare la massa d&#39;acqua netto della sua densità (cioè, la massa dell&#39;acqua convertita in ghiaccio) utilizzando la seguente formula: <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq1.jpg" /> dove <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq2.jpg" /> è la concentrazione salamoia wt% e <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq3.jpg" /> e <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq4.jpg" /> sono i pesi rispettivamente sale e acqua,. </li></ol></li><li> Raccogliere il ghiaccio prodotto e stimare quanto ghiaccio viene prodotto (raccolta bagnato) <ol><li> Riempire il 5-L bicchiere con un guscio di ghiaccio (fase 2.2) ed a temperatura ambiente l&#39;acqua del rubinetto. Rimetterlo in freezer a -40 ° C. </li><li> Decantare l&#39;acqua con il guscio di ghiaccio dal 5-L bicchiere in un 2-L becher quando la sua temperatura è a 0 ° C. Riempire il 5-L bicchiere. Mantenere entrambi i bicchieri in freezer. </li><li> Raccogliere la ghiaccio prodotto in passi 4.1.8 e 4.1.9 e versare 200-500 ml di acqua da 2-L bicchiere sul ghiaccio per lavarlo. Non agitare il setaccio prima di applicare l&#39;acqua 0 ° C. </li><li> Agitare il fluido nel setaccio. </li><li> Ripetere i punti 4.2.2-4.2.7. </li></ol></li></ol>

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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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il processo di generazione di ghiaccio con salamoia come refrigerante secondario comporta la combinazione di calore e di massa. Se il trasferimento di calore è maggiore, allora forme di ghiaccio prima che l&#39;acqua ha la possibilità di mescolare con il fluido bulk. È stato osservato che, quando c&#39;è un movimento relativo tra l&#39;acqua immessa e la salamoia bulk quiescente (cioè, acqua iniettando all&#39;interno salamoia), il flusso aiuta il trasferimento di calore e incoraggia ghiaccio per formare r...

<html> Fanghi di ghiaccio sono ampiamente utilizzati nell&#39;industria, ed una applicazione particolare successo è la tecnologia di ghiaccio pigging 1, 2. Rispetto alla schiuma convenzionale e maiale solido, il maiale ghiaccio può viaggiare attraverso topologie complesse su una lunga distanza a causa dell&#39;effetto di lubrificazione della fase liquida e l&#39;elevazione del suo punto di congelamento alcuni dei ghiaccio cristalli sciolgono 3, 4, 5 . Anche se il maiale si blocca, si può semplicemente attendere che i fanghi di ghiaccio a sciogliersi e riprendere il processo di pulizia in seguito. Questo metodo di pulizia del tubo è economico e facile da usare. La frazione di ghiaccio gioca un ruolo chiave nella prestazione del maiale ghiaccio. Per misurare la frazione di ghiaccio, si può usare una caffettiera (stampa francese) per determinare se il liquame ghiaccio è sufficientemente spesso 6,&quot;&gt; 7. Una frazione di ghiaccio alta caffettiera, tipicamente 80%, è necessaria quando effettuano pigging ghiaccio. Recenti ricerche sulla rilevazione frazione ghiaccio mostrato che sia le onde elettromagnetiche e ultrasuoni sono adatti per il lavoro 8, 9, 10, 11. Il maiale ghiaccio è generalmente costituito da un fabbricatore di ghiaccio raschiato superficie da una soluzione di NaCl 5% in peso (salamoia). E &#39;anche il modo principale di fare fanghi di ghiaccio nel settore industriale. Questo tipo di macchina del ghiaccio congela acqua o acqua salata su una superficie metallica fredda, tipicamente una superficie di 316 liscia e poi cesoie ciclicamente le particelle di ghiaccio al largo. Le interfacce liquido-metallo sono molto complesse e sono interessati da una vasta gamma di fattori che sono essenziali per il ghiaccio fare 12. L&#39;interfaccia tra non-metallo e acqua può essere molto differente, e un esempio particolarmente interessante è Kaolinite. il KaolInterfaccia inite-acqua è speciale perché non c&#39;è una struttura di ghiaccio favorevole adiacente alla superficie del solido, ma piuttosto uno strato di fluido substrato anfotero che incoraggia i cluster-bonded idrogeno simili al ghiaccio per formare su di esso 13, 14. Un altro modo di produrre maiale ghiaccio richiede la frantumazione dei blocchi di ghiaccio predefiniti, mentre si aggiunge allo stesso tempo ad alta concentrazione salina. Per questo metodo, il sistema di refrigerazione può essere eseguito ad una temperatura di evaporazione molto superiore perché non viene aggiunto alcun punto di congelamento depressivo (FPD) prima della formazione di ghiaccio; è quindi considerato più efficiente grazie al rapporto di compressione ridotto e potenza diminuita per un determinato duty raffreddamento 15, 16, 17. Ci sono altri due metodi di produzione del ghiaccio: la produzione di ghiaccio da acqua sopraffuse e mettendo refrigerante e l&#39;acqua a contatto diretto <supclass = &quot;xref&quot;&gt; 18, 19. Il metodo consiste supercooling disturbare l&#39;acqua super-raffreddato metastabile per generare nucleazione del ghiaccio e la crescita. Il problema principale di questo metodo è la formazione di ghiaccio indesiderato che può bloccare il sistema. Il metodo di contatto diretto è considerato non adatto a pigging ghiaccio perché né refrigerante né olio lubrificante sono ricercati nel prodotto finale ghiaccio. La formazione di ghiaccio richiede calore e di massa a causa del calore latente di fusione generato nel processo. E &#39;stato scoperto da Osborn Reynolds nel 1874 che il trasporto di calore e di massa nel gas sono fortemente accoppiati e può essere espressa in formule matematiche similari 20. Questo lavoro ha costituito la carta pionieristica in materia di momento, calore e trasferimento di massa nei fluidi e ristampata più volte 21, 22. Questo argomento è stato poi studiato da unnumero di altri, da entrambi i metodi analitici ed empirici, per gas, liquidi e metallo fuso 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33. A parte il trasferimento di calore e di massa, il fluido deve siti di nucleazione in cui la crescita del ghiaccio dendritica può sviluppare. Una visione moderna nella crescita dei cristalli di ghiaccio utilizza legge Constructal, sviluppato da Adrian Bejan, per spiegare perché il ghiaccio cresce in questo modo 34, 35, 36. La formazione di ghiaccio in salamoia è molto diverso da quello in acqua pura a causa dell&#39;esistenza di sale. Prima di tutto,<html> sale cambia la termodinamica del fluido ed abbassa il punto di congelamento. In secondo luogo, il sale non può dissolversi nella matrice di ghiaccio (tranne hydrohalite, che può formare solo quando la temperatura raggiunge il punto eutettico), ed è respinto al fluido massa quando il ghiaccio comincia a crescere. Il rifiuto del sale è stato scoperto in entrambi ghiaccio marino e il ghiaccio ha studiato in laboratorio 37, 38. Poiché la respinta salamoia ad alta concentrazione è ad una temperatura ben al di sotto del punto di congelamento dell&#39;acqua di mare, mentre scende, ghiaccio cresce all&#39;interfaccia tra la salamoia fluente e fluido bulk quiescente. Queste stalattiti di ghiaccio, chiamato anche brinicles, sono stati scoperti nel McMurdo Sound, Antartide e sono stati studiati sperimentalmente 39, 40, 41, 42. Nel 2011, la BBC ha filmato la formazione di brinicles nella sua serie Frozen Planet&quot;xref&quot;&gt; 43, 44. Nel nostro laboratorio, si è scoperto che invertendo i fluidi in movimento e di riposo quando l&#39;acqua viene introdotta in un bagno di salamoia fredda, l&#39;acqua può trasformarsi in ghiaccio sotto le condizioni corrette 45. Si è constatato che la posizione in cui viene introdotta l&#39;acqua, flusso reologia, e la temperatura e la concentrazione della salamoia sono tutti fattori chiave che influenzano la quantità di ghiaccio può essere prodotta. L&#39;obiettivo generale di questo studio è quello di indagare se una macchina del ghiaccio può essere sviluppato attraverso questo meccanismo per generare fanghi di ghiaccio, visto che la temperatura evaporatore elevata e l&#39;alto tasso di trasferimento di calore liquido-liquido può migliorare l&#39;efficienza del consumo di energia. Questo articolo condivide gli aspetti chiave di questo esperimento.

<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

Abbiamo dimostrato un metodo per lo studio del trasferimento di calore e di massa e dei fenomeni di congelamento in un ambiente salamoia sottoraffreddato. Il nostro esperimento ha dimostrato che, in condizioni appropriate, il ghiaccio può essere prodotto quando l&#39;acqua viene introdotta in un bagno di salamoia fredda. Per rendere forma ghiaccio, oltre ad avere la miscela salina e acqua, la velocità di trasferimento di calore deve escludere che di trasferimento di massa. Quando l&#39;acqua viene introdotto in forma di minuscole goccioline sulla superficie salamoia, la modalità di trasferimento di calore e di massa è per diffusione. La spinta idrostatica ferma acqua dalla miscelazione con salamoia sotto, ma come il ghiaccio si ispessisce, rallenta la velocità di trasferimento di calore, rendendo il ghiaccio più difficile da aumentare a seguito. Quando l&#39;acqua viene introdotta all&#39;interno della salamoia nella forma di un flusso, un certo numero di fattori sono evidenziata un&#39;influenza quanto ghiaccio possono formare. la temperatura e la concentrazione Brine, che sono le forze motrici di calore e di massa, rispettivamente, possono influenzare la conversione rati acqua-ghiaccioo; temperature più basse del bagno e le concentrazioni di salamoia incoraggiano più ghiaccio per formare. La reologia flusso, che può influenzare direttamente sia il calore e coefficienti di trasferimento di massa, è anche un fattore chiave. Inoltre, la reologia flusso cambia l&#39;area di contatto del flusso con il fluido bulk.

Figura 1 confronta gli effetti dell&#39;acqua introdotta sulla superficie della salamoia di acqua iniettata attraverso la salamoia. Nello scenario &quot;calotta&quot;, il ghiaccio formatosi è solida perché l&#39;acqua non mescolare molto con il fluido bulk. La differenza di temperatura e di densità tra i due fluidi genera forza di galleggiamento sull&#39;acqua e impedisce loro di miscelazione. Entrambi i fluidi sono statici (cioè, il trasferimento di calore ...

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

Qui, presentiamo un protocollo per dimostrare la generazione di ghiaccio quando l&#39;acqua viene introdotta in un bagno freddo di salamoia, come refrigerante secondario, ad una gamma di temperature ben al di sotto del punto di congelamento dell&#39;acqua. Può essere usato come un modo alternativo di produzione di ghiaccio per l&#39;industria.

Generazione di ghiaccio e il calore e Trasferimento di Massa fenomeni di acqua L&#39;introduzione di un bagno freddo di salamoia

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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13.8K Views.  University of Bristol.  Qui, presentiamo un protocollo per dimostrare la generazione di ghiaccio quando l'acqua viene introdotta in un bagno freddo di salamoia, come refrigerante secondario, ad una gamma di temperature ben al di sotto del punto di congelamento dell'acqua. Può essere usato come un modo alternativo di produzione di ghiaccio per l'industria. 

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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.

Reservoir Condizione Pore scala Imaging di più fasi Fluid Utilizzo di X-ray microtomografia

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 ...

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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.

Evoluzione delle strutture di scala in convezione diffusivo

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-ebollizione di trasferimento del calore su superfici cilindriche con i modelli ibridi bagnabili

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.

Tecnica di misurazione della temperatura vicino infrarosso per l'acqua che circonda una sfera magnetica piccola riscaldata a induzione

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.

Proof-of-Concept per le membrane che affliggiano il gas Derivate da SiO2/Si/SiO2 Wafers per la desalinizzazione 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 ...

Chimica

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.)

Esecuzione di reazioni al di sotto della 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 ...

Didattica

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Chimica organica

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

Raffreddamento ed ebollizione

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

Ingegneria meccanica

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

Valutazione del trasferimento di calore di uno 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 ...

Generazione di ghiaccio e il calore e Trasferimento di Massa fenomeni di acqua L'introduzione di un bagno freddo di salamoia

Riepilogo

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