电场作用下水分子转向极化和离子扰动对生物溶液相变过程的影响

从水分子偶极转向极化和离子迁移运动两个方面分析了电场对生物溶液相变过程的影响.电场作用下产生的水分子偶极转向极化,使定向在电场方向上的水分子具有最稳定的状态,并且水分子沿电场方向上的麦克斯韦-波尔兹曼能量分布函数具有最大值,电场效应具有诱发冰核形成和抑制冰晶生长的作用.电场作用下产生的离子迁移运动,扰乱了水分子排列结构,改变了水分子的运动状态,造成了溶液内部电荷密度变化,对冰晶生长具有强烈的抑制作用.     

真空法制备冰浆中冰晶粒径特性的实验研究

为获得真空法制得冰浆中冰晶的平均粒径及粒径分布规律,本文以乙二醇水溶液为制冰溶液,采用真空法制备得到冰浆,并通过显微装置观测冰浆中的冰晶形态。实验分别研究了搅拌速率、乙二醇初始浓度和含冰率(IPF)对冰晶平均粒径的影响,并将实验得到的粒径分布与正态分布、对数正态分布、伽马分布和威尔布分布进行对比。结果表明:不同实验条件下冰浆中冰晶粒径分布均可统一用伽马分布来描述;搅拌速率对冰晶平均粒径几乎无影响;冰晶平均粒径随溶液初始浓度的增大而减小,当乙二醇浓度从1%提高至7%时,冰晶平均粒径从74.8μm降至34.3μm;含冰率达到一定大小时,才会对冰晶平均粒径产生较显著的影响,表现为含冰率越高,平均粒径越大。     

超声场中声压与空化对冰晶分裂的影响

为了探讨超声波强化冰晶二次成核的机理,利用自行研制的超声波冷却实验台,研究了超声波对未脱气蔗糖稀溶液和脱气蔗糖稀溶液中树枝状冰晶体的影响.实验结果表明:未脱气蔗糖稀溶液中的树枝状冰晶体受超声波辐射2s后已发生分裂,而脱气溶液中的树枝状冰晶体受功率相同的超声波辐射6s后却仍未分裂.说明超声场中冰晶发生分裂的主要原因是空化效应,而不是超声波在溶液中传播所引起的声压.     

水平直管内冰浆流动过程冰晶粒径演化研究

本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,研究了冰浆在水平直管内流动过程中冰晶粒径的分布及其演化规律。通过CFD-PBM耦合模型模拟研究冰浆在不同过冷度、流速、含冰率下冰晶粒径分布及其演化规律,并通过实验对数值模拟结果进行验证。结果表明:在含冰率为15%的冰浆管道入口处,冰晶粒径数量密度分布均近似高斯分布;随着冰浆流速和含冰率的增加,沿流动方向中心轴的冰晶平均粒径增大,截面冰晶粒径分布越不均匀;流速越小、含冰率越大,冰晶粒径的长度数量密度分布曲线的峰值升高,峰值所对应冰晶粒径的平均值减小。     

静电场对红细胞与冰晶间相互机械性作用的影响

以红细胞悬液为研究模型,通过在对其进行慢速冻结的过程中引入静电场,具体研究了静电场对降温过程中冰晶形成与生长的影响,以及由此而引起的冰晶与细胞间相互机械作用的变化.实验结果表明:静电场在一定程度上改变了冰晶的形成与生长特性,在较强的静电场的影响下,冰晶明显变粗,成为块状,细胞完全融入粗大的冰晶之中,在冻结的末期,细胞不再受到冰晶挤压,从而减少了其所受的机械性损伤.     

冰晶对黏附成骨细胞损伤的实验研究

低温冻结保存过程中,冰晶是造成细胞损伤的主要因素之一.本研究运用研制的方向性冰晶生长实验台,定量研究了胞外冰晶对黏附成骨细胞的损伤.结果表明,当冰晶生长方向与黏附成骨细胞中轴线的夹角在0～30度之间时,细胞存活率高达89.3±18.9%,而当它们之间的夹角在30～60度以及60～90度之间时,细胞的存率分别为49.0±19.0%,42.8±15.8%,表明细胞存活率与胞外冰晶与黏附细胞的接触面积有关.     

真空搅拌法流态冰制备特性的实验研究

本文设计了一套真空搅拌法流态冰制取装置,对冰浆的生成全过程进行了观测,通过实验研究了乙二醇添加剂、溶液体积、搅拌速度等因素对冰浆形成过程过冷状态的影响。结果表明:真空状态下冰浆的制取需经历溶液蒸发、沸腾、过冷及冰晶生成这四个阶段;冰晶生成瞬间系统的压力会发生突增,压力的升值即过冷结晶压差可用于表征过冷程度的高低;平均过冷结晶压差随乙二醇添加剂浓度的增大而减小,当乙二醇浓度从3%提高至6%时,过冷结晶压差从58.9 Pa降至49.4 Pa,降低了16.1%;溶液体积的增大会使平均过冷结晶压差减小,40 m L溶液的平均过冷结晶压差较20 m L溶液的平均过冷结晶压差下降了12.9%;搅拌速度对过冷程度几乎无影响。     

基于LBM-CA的六角冰晶非平衡生长模拟研究北大核心CSCD

为了研究六角冰晶生长的微观机理,进行了模拟计算,基于GPU加速,建立二维格子玻尔兹曼-元胞自动机(lattice Boltzmann method-cellular automaton,LBM-CA)模型,对六角冰晶微观演化过程进行模拟研究。模拟过程中采用CA模拟枝晶的生长,采用LBM模拟热传输现象,探究不同初始过冷度、温度梯度、冷却速率对冰晶生长速率、形貌、冰晶尺寸的影响。结果表明:在较小过冷度时,枝晶生长速率随过冷度增大而增大,与过冷度呈近似线性关系,模拟结果与LMK临界稳定性理论吻合;在一定的温度梯度下,正温度梯度方向的枝晶生长受抑制,负温度梯度方向生长受促进;冷却速率越大,冰晶的尺寸越大。     

冰浆生成器中抑制冰粘附的研究

冰浆中含有大量微小冰晶粒子,因此表现出有极好的流动、传热和储能特性。冰浆生成过程中,冰晶微粒易粘附在换热壁面,降低传热效率,增加流动阻力,甚至引起冰堵,影响冰浆的持续生成。分析了冰粘附特性,综述冰浆技术中冰移除技术的研究进展,建立冰浆生成实验台,采用综合控制制冰溶液和载冷剂流速的方法抑制冰堵的发生。     

霜层生长初期冰晶体分布状况实验研究

研究霜层的结构对于理解结霜现象有着重要的意义。利用自行研制的图像放大及采集系统，对霜层生长初期冰晶体的形态进行显微观测，得到了不同生长条件下冰晶体的图像。随后采用数字图像处理方法，将原图像转换为二值图。通过对图像的分析，发现霜层的生长初期冰晶体的分布与充分生长的霜层有所不同，此时霜层靠近冷表面固含率最大；随着高度的增长，固含率以近似线性的方式减小。实验还发现，对霜层生长初期影响最大的两个因素是冷表面的温度和空气的相对湿度。随着冷表面温度的降低，霜层的高度明显增长，冰晶体沉积量增加，而平均密度的变化则不明显；随着空气相对湿度的增加，霜层的高度、平均密度以及冰晶体总的沉积量都有所增加。空气温度对霜层生长的影响不明显。     

蓄冰盘管制冰动态模拟

编写了盘管蓄冰动态模拟软件,通过输入蓄冰系统的各设备参数,即可模拟蓄冰整个过程;软件通过了实验验证,可供蓄冰系统的选型及蓄冰设备的非标设计作参考。     

小型冰蓄冷系统实验研究

对内融冰U形盘管式蓄冰槽制冰、融冰过程进行了实验研究,重点讨论了蓄冷槽内温度变化、载冷剂温度变化、取冷量变化对系统COP的影响,以及蓄冰槽中添加剂的对比实验,验证了在水中添加一定质量硼砂可以在保证冰蓄冷系统COP的基础上有利于改善制冰、融冰特性。     

冰浆在蓄冰槽中的贮存特性研究进展

冰浆贮存是工程应用中经常遇到的问题,冰浆在蓄冰槽中的贮存特性对于冰浆的高效利用有着重要影响。目前冰浆在蓄冰槽中贮存的主要问题是:冰堆积分布不均匀,蓄冰槽不能充分利用。这里对国内外在冰浆贮存方面的研究成果进行汇总,分别从特性、模型和实验研究三个方面进行总结,分析产生冰浆贮存不均匀的原因和影响因素,采用摄像法来分析冰浆贮存的特性。结果表明:溶液、添加剂、冰浆入口含冰率和流量,以及贮存时间等是影响冰浆贮存特性的主要因素。     

改进型真空制冰系统的性能研究

为了降低真空制冰系统对真空度的要求,提出了在水中加入中介物质的方法,并建立了真空蒸发性能测试系统。采用浓度为26%的氨水为中介物质溶液,对真空下溶液的蒸发温度特性进行了实验研究,分析了对系统的影响。实验结果表明,在相同的初始温度和真空条件下,氨水的降温速率和降温范围明显高于蒸馏水,且在高于水的三相点压力时有冰晶形成;随着真空度的降低,氨水的降温幅度逐渐减小,但仍远大于蒸馏水,说明在相同的蒸发温度下,氨水对真空度的要求远低于蒸馏水。     

冰浆贮存的均匀性研究

在自行搭建的冰浆蓄冷实验台基础上,以从冰浆开始输入蓄冰槽到输冰结束为止的冰浆堆积贮存过程为研究对象,观察形成的"富冰层"发展变化特性,研究冰浆贮存的均匀性。通过改变冰浆入口含冰率、冰浆入口流量和蓄冰槽初始液面高度控制参数,采用正交实验方差分析法分析上述参数对冰浆贮存均匀性的影响显著性和影响规律。     

低含湿量冰蓄冷系统的核心过程研究

冰蓄冷技术是一种有潜力的节能技术,流态冰是实现冰蓄冷的良好选择。利用低含湿量制取流态冰的冰蓄冷系统可以克服现有流态冰制取方法的缺点。系统通过溶液除湿循环降低水蒸气分压力,水滴在此环境中持续蒸发至过冷状态,之后使用传统过冷水法的解冷器获取流态冰。溶液除湿过程与水滴蒸发过冷过程是系统的两个重要组成部分,经过对两个过程的实验研究,结果验证了新系统的可行性并揭示了进一步优化的方法;同时,实验中得到了冰晶颗粒,这也显示了系统的应用前景。     

上浮式蓄冷装置融冰取冷过程的实验研究

提出了一种制取片冰的新方法并建立了实验装置;对装置的融冰过程进行了实验研究,考察了蓄冰槽出口水温随时间的变化关系,并计算了蓄冰槽的放冷速率。研究结果表明,该蓄冷装置在融冰取冷时,具有出水温度低、放冷速率大的特点,尤其适合于如影剧院、大会堂、体育馆等短时间需要大量冷量的冰蓄冷空调系统。     

动态冰蓄冷空调系统特性分析

由于动态冰蓄冷技术比传统的静态冰蓄冷技术表现出更好的性能，具有更广阔的发展前景，本文以冰片滑落式蓄冷和冰晶式蓄冷为例，论述了动态冰蓄冷系统的工作原理及主要技术性能；以冰片滑落式蓄冷空调系统为重点，分析了动态冰蓄冷空调系统的运行特性，并提出了冰蓄冷系统节能方面几个值得深入研究的问题。