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近期，中國科學(xué)院廣州能源研究所儲(chǔ)能技術(shù)科研團(tuán)隊(duì)在過冷水冰漿流動(dòng)成核動(dòng)力學(xué)以及粒徑演變規(guī)律研究方面取得系列進(jìn)展，研究揭示了過冷水成核，以及成核后冰晶生長過程中的動(dòng)力學(xué)變化規(guī)律。

科研團(tuán)隊(duì)在經(jīng)典成核理論的框架上，針對(duì)過冷水的流動(dòng)成核現(xiàn)象，將流動(dòng)剪切因素納入考量，提出了流動(dòng)成核動(dòng)力學(xué)理論模型，充分討論了過冷水在流動(dòng)剪切作用下成核能壘、最小成核半徑等關(guān)鍵成核參數(shù)的變化情況。研究發(fā)現(xiàn)，剪切成核過程中，加速過冷液體成核的關(guān)鍵因素并非剪切導(dǎo)致的形變，而是所導(dǎo)致的形變?cè)谠庥鲎璧K后而釋放變形能量的本身。該研究可為過冷水冰漿制備的“防冰堵”、飛機(jī)機(jī)翼防冰和電線防冰等問題的研究提供理論指導(dǎo)。

流動(dòng)剪切成核過程示意圖

除此之外，科研團(tuán)隊(duì)還針對(duì)成核后過冷態(tài)下的晶核粒徑演變規(guī)律展開研究。研究團(tuán)隊(duì)利用Euler-Euler固液兩相流模型與群體平衡模型進(jìn)行耦合，研究了在不同流速、過冷度、初始含冰率的情況下，水平直管內(nèi)過冷水冰漿流動(dòng)過程中過冷解除、粒徑生長、粒徑分布、壓降的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，在較低的流速和較高的初始含冰率下，過冷解除的更快；在較高的過冷度和較低的流速下，冰晶粒徑增長的更快。該研究成果可為過冷水冰漿的“防冰堵”設(shè)計(jì)、冰漿流動(dòng)優(yōu)化等提供理論指導(dǎo)。

促晶器內(nèi)冰晶成核和生長過程溫度變化

沿流動(dòng)方向不同位置的含冰率變化

研究獲得重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（課題號(hào)：2021YFE0112500）、歐盟地平線項(xiàng)目（CO-COOL，課題號(hào)：No 101007976）等的資助。相關(guān)成果相繼發(fā)表于Chemical Engineering Science（Ice nucleation in supercooled water under shear，https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120674，第一作者為陳明彪博士，通訊作者為宋文吉研究員），International Journal of Heat and Mass Transfer（Investigation on the evolution of ice particles and ice slurry flowcharacteristics during subcooling release，https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124008，第一作者為杜群博士生，通訊作者為宋文吉研究員）等期刊。