冰浆在蓄冰池中的贮存与融化研究进展

　　1 引 言

　　冰浆是一种冰水混合物，又称流体冰、二元冰、可泵送冰。其概念在中外文献中尚没有完整而准确的定义，其中瑞士 Egolf[1]的定义较为精准地描述了冰浆的基本特征:由液态水和具有平均特征直径不超1mm 冰晶粒子组成的浆状混合物。

　　冰浆含有高密度潜热冰晶粒子，故而在蓄能方面被广泛利用;因其具有流动性，因此其换热性能较好，释冷速率较高，在食品、建筑、医疗等行业被广泛应用。因此，冰浆成为国内外学者专家的研究热点。许多学者对冰浆的制备、流动、传热、压降作了深入细致的研究，得出了不少有意义的结果;而关于蓄冰池中

　　冰浆的贮存及融化特性相关的理论及实验研究相对较少。冰浆在蓄冰池中贮存呈现不均匀性，故蓄冰池的利用率降低;同时融化取冷时会产生“沟道“效应[2]，进而使融冰释冷量不能持久满足末端负荷的要求。本文分析总结了蓄冰池内冰浆贮存与释冷特性的研究现状，并根据实验得出了定性的结论。

　　2 冰浆贮存研究

　　冰浆贮存，是冰浆得以应用于各行业的基础，特别在动态冰蓄冷的研究中。冰浆的贮存主要是研究冰浆在蓄冰池中贮存过程、贮存时冰晶变化物理机理及蓄冰池贮存效率优化等。

　　2. 1 冰浆贮存的机理与实验研究

　　图1 为冰浆含冰率(IPF 值)分别为25%、50%时冰浆在蓄冰池中贮存状态。由图 1 可知，在无搅拌的情况下，冰浆并非匀质贮存，冰晶粒子上浮，分布不均匀。同时，冰浆在生成后到利用之前的这段时间，由于融化再结晶的原因而使其中的冰晶粒子不断板结，因此程应用中多考虑在蓄冰池中加搅拌装置。这样不仅增加了成本，而且搅拌功转化为热，增加了冰浆的冷量损失。P. Pronka[3]等人从结晶动力学方面对冰浆贮存时的物理机理进行分析，认为冰浆贮存时冰晶受磨损、团聚和 Ostwald 熟化影响而引起冰晶粒子分布发生变化。他们的实验表明冰浆在氯化钠、乙二醇、乙醇、丙二醇溶液中贮存时冰晶大小会随时间变化而增长，而 Ostwald 熟化效应是使冰晶粒子直径增大的主要原因;增加溶液浓度能显著的降低熟化率;溶液类型不同对熟化率的影响也不同，质量浓度10% 蔗糖溶液相比 10% 乙醇溶液熟化速率更大。K.Hayashi[4]等人开发了一种利用电导率差测量冰浆贮存时团聚率的方法，该方法对影响冰晶粒子粒径分布的团聚现象作出定量的评定。

　　在冰浆贮存的实际过程中，冰晶粒子往往粘结在蓄冰池的壁面上或相互粘结成团，造成在释冷时冰不能完全融化，而且释冷速度慢。Koji Matsumoto[5 - 6]等人提出了利用水 - 油混合搅拌生成冰浆来解决这一问题。原理是当混合物在容器中搅拌时，油由于摩擦带电，如果容器可以吸引带电的油，那么阻止冰粘结到壁面上就可以实现。如图 2 所示，Koji Matsumo-to 通过实验详细分析了蓄冰容器中施加常压电场电压对带电油特性的影响:当油水混合物中含水量50% 时，电压在 30 V 到 200 V 伏即可使油吸附到壁面上;当含水量 70% 时这一效果明显减弱。这一方法的优点是采用硅硐油作为添加剂后，冰浆在贮存时冰晶分布较均匀，并且能够不粘结到壁面;缺点是要使用添加剂且需要搅拌，而工程应用中对蓄冰池施加电场也不易实现。