近期，中國科學院廣州能源研究所儲能技術科研團隊在過冷水冰漿流動成核動力學以及粒徑演變規律研究方面取得系列進展，研究揭示了過冷水成核，以及成核后冰晶生長過程中的動力學變化規律。
科研團隊在經典成核理論的框架上，針對過冷水的流動成核現象，將流動剪切因素納入考量，提出了流動成核動力學理論模型，充分討論了過冷水在流動剪切作用下成核能壘、最小成核半徑等關鍵成核參數的變化情況。研究發現，剪切成核過程中，加速過冷液體成核的關鍵因素并非剪切導致的形變，而是所導致的形變在遭遇阻礙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”、飛機機翼防冰和電線防冰等問題的研究提供理論指導。
流動剪切成核過程示意圖
除此之外，科研團隊還針對成核后過冷態下的晶核粒徑演變規律展開研究。研究團隊利用Euler-Euler固液兩相流模型與群體平衡模型進行耦合，研究了在不同流速、過冷度、初始含冰率的情況下，水平直管內過冷水冰漿流動過程中過冷解除、粒徑生長、粒徑分布、壓降的變化規律。研究結果表明，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”設計、冰漿流動優化等提供理論指導。
促晶器內冰晶成核和生長過程溫度變化
沿流動方向不同位置的含冰率變化
研究獲得重點研發計劃、歐盟地平線項目等的資助。相關成果相繼發表于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。
附件下載：