近期，中國(guó)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(guò)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(guò)冷水成核，以及成核后冰晶生長(zhǎng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中，加速過(guò)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(guò)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(wèn)題的研究提供理論指導(dǎo)。

流動(dòng)剪切成核過(guò)程示意圖

除此之外，科研團(tuán)隊(duì)還針對(duì)成核后過(guò)冷態(tài)下的晶核粒徑演變規(guī)律展開(kāi)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(guò)冷度、初始含冰率的情況下，水平直管內(nèi)過(guò)冷水冰漿流動(dòng)過(guò)程中過(guò)冷解除、粒徑生長(zhǎng)、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(guò)冷解除的更快；在較高的過(guò)冷度和較低的流速下，冰晶粒徑增長(zhǎng)的更快。該研究成果可為過(guò)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(zhǎng)過(guò)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、歐盟地平線項(xiàng)目等的資助。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。