王錦輝 鄭閩鋒 李月玲 劉 曦,3 李學(xué)來(lái)

(1 福州大學(xué)石油化工學(xué)院 福州 350116；2 福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院 福州 350118；3福州大學(xué)光催化研究所 福州 350116)

為解決用電峰谷矛盾，有效提高能源利用率，近年來(lái)各類蓄能技術(shù)得到大力發(fā)展[1-4]。冰漿作為一種具有良好換熱性能和流動(dòng)性能的高密度蓄冷及快速降溫介質(zhì)，得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[5]。冰漿可廣泛應(yīng)用于建筑物蓄冷、食品預(yù)冷保鮮等領(lǐng)域[6-8]，對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的移峰填谷和促進(jìn)高附加值速凍食品行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。同時(shí)，冰漿還可應(yīng)用于礦井降溫、管道清潔、醫(yī)療冷卻、運(yùn)動(dòng)員體溫調(diào)節(jié)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)[9-12]，應(yīng)用前景十分廣闊。但市場(chǎng)調(diào)研顯示，冰漿技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用并不普遍，主要是因現(xiàn)有的冰漿制備技術(shù)尚不能完全實(shí)現(xiàn)冰漿的高效、可靠及大規(guī)模生產(chǎn)。因此研究開發(fā)穩(wěn)定、高效、節(jié)能的冰漿制備系統(tǒng)具有十分重要的意義。

過(guò)冷法動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)是近年來(lái)冰漿制備技術(shù)中較為熱門的研究方向，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)。過(guò)冷卻器作為過(guò)冷法動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)的核心部件，是保證該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、節(jié)能高效的關(guān)鍵，但過(guò)冷卻器內(nèi)的過(guò)冷水處于亞穩(wěn)態(tài)，易發(fā)生結(jié)冰行為，導(dǎo)致系統(tǒng)冰堵，因此研究過(guò)冷卻器內(nèi)的結(jié)冰行為，解決制冰系統(tǒng)的冰堵問(wèn)題具有重要意義[13]。

在20世紀(jì)90年代，日本學(xué)者較系統(tǒng)地研究了有關(guān)因素對(duì)靜止過(guò)冷水過(guò)冷度的影響，但仍未完全解決流動(dòng)過(guò)冷水在過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生結(jié)冰的問(wèn)題[14]。近20年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)過(guò)冷卻器內(nèi)冰堵問(wèn)題進(jìn)行了更深入的研究。曲凱陽(yáng)等[15-17]實(shí)驗(yàn)研究了Re在0～10 000范圍內(nèi)的圓管水流狀態(tài)對(duì)管內(nèi)結(jié)冰行為發(fā)生的影響，最終認(rèn)為圓管內(nèi)水流結(jié)冰只與壁面最低溫度有關(guān)，與流動(dòng)無(wú)關(guān)；并在探究高性能連續(xù)制冰系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，冰晶顆粒進(jìn)入過(guò)冷卻器會(huì)誘導(dǎo)其內(nèi)部過(guò)冷水發(fā)生結(jié)冰行為，破壞制冰系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究不同結(jié)冰表面的材質(zhì)、粗糙度、面積對(duì)過(guò)冷水發(fā)生結(jié)冰行為的影響。何國(guó)庚等[18]研究表明，當(dāng)管式過(guò)冷卻器內(nèi)溶液流速較慢，流動(dòng)狀態(tài)為層流時(shí)，位于近壁面的水層具有較大的溫度梯度，這將促進(jìn)過(guò)冷水提前解除過(guò)冷，發(fā)生結(jié)冰行為，生成的冰晶附著于壁面上，進(jìn)一步導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生冰堵。謝若非等[19]研究發(fā)現(xiàn)水流速與載冷劑進(jìn)口溫度共同影響過(guò)冷度，從而影響過(guò)冷水發(fā)生結(jié)冰行為，且微小冰晶顆粒的存在也會(huì)誘導(dǎo)過(guò)冷水解除過(guò)冷態(tài)。J.P.Bédécarrats等[20]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生結(jié)冰具有隨機(jī)性，當(dāng)過(guò)冷水的過(guò)冷度超過(guò)2.0 ℃，一定會(huì)發(fā)生結(jié)冰，在特定工況下可以穩(wěn)定得到過(guò)冷度為1.6 ℃的過(guò)冷水。Wang Hong等[21]研究發(fā)現(xiàn)過(guò)冷度在0.7～1.8 ℃范圍內(nèi)，才能確保得到穩(wěn)定的制冰系統(tǒng)，這意味著系統(tǒng)冰產(chǎn)量?jī)H能達(dá)到很低的程度(約2%)。為有效提高過(guò)冷卻器效率，Liu Shengchun等[22]研究了過(guò)冷水在過(guò)冷卻器壁面的結(jié)冰機(jī)理，分析粗糙度和抑制劑濃度對(duì)不同材料表面的結(jié)冰溫度、過(guò)冷和異質(zhì)成核能的影響。M.Faucheux等[23]研究了平板表面粗糙度對(duì)水溶液過(guò)冷度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明粗糙度越大，水溶液過(guò)冷度越低。

為預(yù)防結(jié)冰行為及避免冰堵現(xiàn)象在過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在換熱壁面特性和新型過(guò)冷卻器的開發(fā)方面進(jìn)行了研究。部分學(xué)者認(rèn)為高接觸角的疏水或超疏水表面可以有效延緩過(guò)冷水發(fā)生結(jié)冰，但G.Heydari等[24]研究發(fā)現(xiàn)，與超疏水表面化學(xué)性質(zhì)相似的平坦疏水表面具有更好延緩結(jié)冰的效果。U.Oechsle等[25]研究表明，納米結(jié)構(gòu)涂層可有效降低過(guò)冷水的成核溫度，預(yù)防過(guò)冷水在換熱表面發(fā)生結(jié)冰行為，從而得到更高的過(guò)冷度，提高系統(tǒng)效率。Wang Hong等[26-28]研究發(fā)現(xiàn)，納米氟碳涂層對(duì)降低換熱壁面的表面自由能，抑制過(guò)冷水在換熱壁面表面成核結(jié)晶并生長(zhǎng)有著良好的效果，但涂層加工困難、成本高，因此很難應(yīng)用和普及。黃成等[29]在過(guò)冷卻器中加入螺旋刮片，利用螺旋刮片的高速旋轉(zhuǎn)刮落在換熱壁面粘附生長(zhǎng)的冰晶，從而避免冰堵現(xiàn)象的發(fā)生。

上述研究取得了大量成果，但對(duì)于平板過(guò)冷卻器內(nèi)水溶液結(jié)冰條件、結(jié)冰區(qū)域及有關(guān)因素影響方面的研究尚未見報(bào)道。本文設(shè)計(jì)并搭建了一套過(guò)冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)，開發(fā)了一種可視化平板過(guò)冷卻器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究流動(dòng)和換熱對(duì)過(guò)冷卻器內(nèi)結(jié)冰行為的影響及其作用機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)主要由4個(gè)循環(huán)組成：制冰溶液循環(huán)、解凍溶液循環(huán)、載冷劑循環(huán)以及制冷劑循環(huán)。制冰溶液循環(huán)中，制冰溶液被泵送至過(guò)冷卻器上層通道中吸收冷量并不斷降溫，然后回到制冰溶液桶中。解凍溶液循環(huán)的作用：在冰堵初期，形成的冰晶較為松軟、厚度較薄，可通過(guò)加壓泵入常溫的解凍溶液，使過(guò)冷卻器內(nèi)冰晶融化、迅速升溫。載冷劑循環(huán)和制冷劑循環(huán)由一體式低溫槽來(lái)完成，控溫范圍-20.0～100.0 ℃。

1 過(guò)冷卻器；2 載冷劑溶液槽；3 離心泵；4 膨脹閥；5 冷凝器；6 壓縮機(jī)；7 蒸發(fā)器；8 解凍溶液桶；9 制冰溶液桶；10 渦輪流量計(jì)。圖1 動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)原理Fig.1 Principle of dynamic ice-making system

過(guò)冷卻器是自行設(shè)計(jì)的雙層平板換熱器，制冰溶液在上層流動(dòng)，載冷劑在下層流動(dòng)，兩者為對(duì)流傳熱。上蓋板由透明有機(jī)玻璃制成，便于觀測(cè)發(fā)生結(jié)冰行為時(shí)的現(xiàn)象，除上蓋板外，過(guò)冷卻器采用304不銹鋼制成，結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。系統(tǒng)管路及過(guò)冷卻器均采用保溫材料進(jìn)行保溫處理。

表1 平板過(guò)冷卻器尺寸Tab.1 Dimensions of flat-plate supercooler

本文測(cè)量的參數(shù)包括制冰溶液流量、載冷劑進(jìn)出口溫度、制冰溶液進(jìn)出口溫度以及平板過(guò)冷卻器4個(gè)位置的壁面溫度，其中制冰溶液流量、載冷劑和制冰溶液進(jìn)出口溫度的測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，而壁面溫度的測(cè)點(diǎn)布置需定義一個(gè)無(wú)量綱距離：過(guò)冷卻器內(nèi)換熱壁面任意位置距出口相對(duì)距離d=l/L，l為絕對(duì)距離，L為流道長(zhǎng)度，如圖2所示。制冰溶液流量的測(cè)量采用渦輪流量計(jì)；溫度測(cè)量采用Pt100鉑電阻，精度為0.1 ℃；溫度數(shù)據(jù)采集使用拓普瑞TP系列溫度數(shù)據(jù)采集儀，采集間隔為1 s。

圖2 壁面測(cè)溫點(diǎn)布置Fig.2 Layout of temperature measuring points on the wall

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 典型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

為觀測(cè)不同傳熱溫差和流動(dòng)速度下平板過(guò)冷卻器內(nèi)的結(jié)冰行為，以載冷劑進(jìn)口溫度和制冷溶液流量為變量，進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)變量設(shè)置值如表2所示。實(shí)驗(yàn)中制冰溶液為自來(lái)水。因過(guò)冷水的結(jié)冰具有一定的隨機(jī)性，故每種工況重復(fù)40組實(shí)驗(yàn)。

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)Tab.2 Experimental parameters

經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過(guò)冷卻器內(nèi)存在兩種典型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分別稱為結(jié)冰行為一和結(jié)冰行為二。

1)結(jié)冰行為一。過(guò)冷卻器內(nèi)水溶液保持過(guò)冷態(tài)，換熱壁面未發(fā)生結(jié)冰，動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)可連續(xù)制取冰漿。實(shí)驗(yàn)過(guò)程溫度變化如圖3所示，制冰溶液進(jìn)出口溫度、相對(duì)距離d為0.15和0.35處的壁面溫度均隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，降溫速率逐漸降低。在運(yùn)行過(guò)程中壁面溫度未出現(xiàn)溫度階躍，可判斷在換熱壁面上并未發(fā)生結(jié)冰，且通過(guò)對(duì)儲(chǔ)冰桶內(nèi)部的連續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)制冰溶液出口溫度達(dá)到-0.5 ℃后，儲(chǔ)冰桶內(nèi)逐漸出現(xiàn)冰晶顆粒，在連續(xù)制冰后，桶內(nèi)冰漿如圖4所示。

圖3 溫度變化(結(jié)冰行為一)Fig.3 Temperature change(freezing behavior 1)

圖4 儲(chǔ)冰桶內(nèi)冰漿(結(jié)冰行為一)Fig.4 Ice slurry in ice bucket (freezing behavior 1)

2)結(jié)冰行為二。過(guò)冷卻器內(nèi)水溶液未達(dá)到過(guò)冷狀態(tài)，換熱壁面發(fā)生結(jié)冰行為，動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)無(wú)法有效制取冰漿。系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生結(jié)冰，即在換熱壁面上的局部區(qū)域成片發(fā)生結(jié)冰，結(jié)晶相變過(guò)程釋放出較多的熱量，導(dǎo)致不同區(qū)域的壁面溫度曲線先后出現(xiàn)階躍(如圖5所示)。冰層緩慢變厚并沿壁面生長(zhǎng)(如圖6所示)，生長(zhǎng)到一定程度時(shí)，由于熱阻不斷增大，系統(tǒng)進(jìn)入熱平衡階段，制冰溶液進(jìn)出口溫度基本穩(wěn)定，均大于相變溫度，未達(dá)到過(guò)冷狀態(tài)，系統(tǒng)雖未發(fā)生完全冰堵現(xiàn)象，但無(wú)法有效制取冰漿。

圖5 溫度變化(結(jié)冰行為二)Fig.5 Temperature change (freezing behavior 2)

圖6 過(guò)冷卻器內(nèi)附壁冰層(結(jié)冰行為二)Fig.6 Ice on the wall of supercooler (freezing behavior 2)

分析出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是：成核結(jié)晶主要受壁面溫度和流體擾動(dòng)的影響，成核結(jié)晶優(yōu)先發(fā)生在層流底層。當(dāng)載冷劑溫度較低、流動(dòng)的擾動(dòng)較強(qiáng)或較弱時(shí)，根據(jù)邊界層理論和經(jīng)典成核理論可得出：近壁面處的層流底層中黏滯力起主導(dǎo)作用，制冰溶液保持層流特征，使近壁面處過(guò)冷水的過(guò)冷度更大，成核所需的形核能較小，因此近壁面處易發(fā)生結(jié)冰，導(dǎo)致結(jié)冰行為二的出現(xiàn)。

對(duì)比上述兩種典型結(jié)冰行為可知，結(jié)冰行為一與結(jié)冰行為二的差異較大，具體如表3所示。結(jié)冰行為二表現(xiàn)出的過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生結(jié)冰的現(xiàn)象，正是造成過(guò)冷卻器發(fā)生冰堵的原因，因此下文將結(jié)冰行為二作為主要研究對(duì)象，進(jìn)行進(jìn)一步研究和分析。

表3 結(jié)冰行為一與結(jié)冰行為二的差異Tab.3 The differences between freezing behavior 1 and freezing behavior 2

2.2 載冷劑進(jìn)口溫度對(duì)結(jié)冰行為的影響

保持制冰溶液體積流量為0.5 m3/h不變，研究載冷劑進(jìn)口溫度對(duì)結(jié)冰行為的影響。由圖7可知，隨著載冷劑進(jìn)口溫度的升高，結(jié)冰行為一出現(xiàn)的概率大幅提高，結(jié)冰行為二出現(xiàn)的概率大幅降低。當(dāng)載冷劑進(jìn)口溫度為-6.0 ℃時(shí)，結(jié)冰行為二出現(xiàn)的概率，即過(guò)冷卻器內(nèi)換熱表面發(fā)生結(jié)冰的概率僅為12.5%；當(dāng)載冷劑進(jìn)口溫度為-12.0 ℃時(shí)，換熱表面發(fā)生結(jié)冰的概率高達(dá)95%。這是因?yàn)楫?dāng)流量一定時(shí)，載冷劑進(jìn)口溫度越低，導(dǎo)致?lián)Q熱壁面溫度也越低，毗鄰壁面的水溶液溫度也越低，其過(guò)冷態(tài)越不穩(wěn)定，壁面越易發(fā)生結(jié)冰。

圖7 載冷劑進(jìn)口溫度對(duì)結(jié)冰行為出現(xiàn)概率的影響Fig.7 Effect of secondary refrigerant′s inlet temperature on the occurrence probability of freezing behavior

圖8所示為制冰溶液流量不變時(shí)，載冷劑進(jìn)口溫度對(duì)平板過(guò)冷卻器內(nèi)各測(cè)溫點(diǎn)發(fā)生結(jié)冰時(shí)溫度的影響。由圖8可知，載冷劑進(jìn)口溫度越低，各測(cè)溫點(diǎn)發(fā)生結(jié)冰時(shí)的溫度越低，且相對(duì)距離d為0.25、0.35和0.45這3處發(fā)生結(jié)冰時(shí)的溫度明顯高于d為0.15處發(fā)生結(jié)冰時(shí)的溫度，這是由于d為0.15處優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰，已生成的冰晶會(huì)持續(xù)誘導(dǎo)近壁面的過(guò)冷水結(jié)晶成核，導(dǎo)致其余位置發(fā)生結(jié)冰的溫度較高。根據(jù)文獻(xiàn)[30]，結(jié)冰發(fā)生時(shí)，過(guò)冷水的溫度處于介穩(wěn)區(qū)，故發(fā)生結(jié)冰的隨機(jī)性很大，結(jié)晶溫度波動(dòng)也較大。

圖8 載冷劑進(jìn)口溫度對(duì)發(fā)生結(jié)冰時(shí)溫度的影響Fig.8 Effect of secondary refrigerant′s inlet temperature on the freezing temperature

2.3 制冰溶液流量對(duì)結(jié)冰行為的影響

圖9所示為載冷劑進(jìn)口溫度為-8.0 ℃時(shí)，不同結(jié)冰行為出現(xiàn)的概率隨制冰溶液流量變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖9可知，隨著流量的增大，結(jié)冰行為二出現(xiàn)的概率先降后升，而結(jié)冰行為一出現(xiàn)的概率則相反。由于近壁面處過(guò)冷水發(fā)生結(jié)冰受兩個(gè)因素影響：1)溫度梯度，大溫度梯度會(huì)促進(jìn)過(guò)冷解除，導(dǎo)致提前發(fā)生結(jié)冰；2)流體擾動(dòng)，流體擾動(dòng)越大，體系內(nèi)能量漲落程度越大，導(dǎo)致能量波動(dòng)水平達(dá)到形核功的概率增加，發(fā)生結(jié)冰的可能性增大。因此流量較小時(shí)，較大的溫度梯度大大促進(jìn)過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生結(jié)冰行為二；流量較大時(shí)，由于能量波動(dòng)水平達(dá)到形核功的概率增加，也使結(jié)冰行為二更易發(fā)生。因此流量過(guò)大或過(guò)小均會(huì)促進(jìn)結(jié)冰行為二的出現(xiàn)，不利于系統(tǒng)的制冰穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)選取一個(gè)相對(duì)可靠的制冰溶液流量。

圖9 制冰溶液流量對(duì)結(jié)冰行為出現(xiàn)概率的影響Fig.9 Effect of solution flow rate on the occurrence probability of freezing behavior

圖10所示為載冷劑進(jìn)口溫度不變時(shí)，制冰溶液流量對(duì)平板過(guò)冷卻器內(nèi)各測(cè)溫點(diǎn)發(fā)生結(jié)冰時(shí)溫度的影響。由圖10可知，各測(cè)溫位置發(fā)生結(jié)冰時(shí)的溫度隨流量的增大而出現(xiàn)上下波動(dòng)。隨著流量的增大，層流底層過(guò)冷水的溫度梯度減小，能量波動(dòng)水平增大，但因影響程度不同，導(dǎo)致出現(xiàn)上述情況。由圖10還可知，在任意工況下，相對(duì)距離d為0.25、0.35和0.45的這3處發(fā)生結(jié)冰時(shí)的溫度明顯高于相對(duì)距離d為0.15處發(fā)生結(jié)冰時(shí)的溫度，原因與2.2節(jié)中所述相同。

圖10 制冰溶液流量對(duì)發(fā)生結(jié)冰時(shí)溫度的影響Fig.10 Effect of solution flow rate on the freezing temperature

2.4 優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰及其局部條件

針對(duì)結(jié)冰行為二，對(duì)過(guò)冷卻器內(nèi)優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰的位置及其局部條件進(jìn)行研究。定義測(cè)得第一次出現(xiàn)溫度階躍的時(shí)間為時(shí)間零點(diǎn)t0，可得4個(gè)測(cè)溫位置發(fā)生結(jié)冰的時(shí)間間隔(重復(fù)40組實(shí)驗(yàn)，故取平均值)如圖11所示，發(fā)現(xiàn)任意工況下，優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰的位置均為相對(duì)距離d為0.15處的換熱壁面，由于該處生成的冰晶沿d增大的方向不斷誘導(dǎo)換熱壁面發(fā)生結(jié)冰，因此相對(duì)距離d越大的位置，越晚發(fā)生結(jié)冰。已生成的冰晶沿d增大的方向不斷誘導(dǎo)換熱壁面發(fā)生結(jié)冰的行為主要受流體流動(dòng)和換熱壁面溫度共同影響，制冰溶液流速沿d增大的方向呈線性變化，但換熱壁面溫度沿d增大的方向呈非線性遞增，因此實(shí)際上發(fā)生結(jié)冰的時(shí)間間隔隨d的增大呈非線性增大。

圖11 各測(cè)溫點(diǎn)發(fā)生結(jié)冰的時(shí)間間隔Fig.11 The time interval of occurring freezing in different temperature measuring points

圖12所示為t0時(shí)刻各測(cè)溫位置的壁面溫度，可發(fā)現(xiàn)在任意工況下，相對(duì)距離d為0.15處的壁面溫度明顯低于d為0.25、0.35和0.45處的壁面溫度，這與對(duì)流換熱的原理相符。相比于其余3個(gè)測(cè)溫位置，d為0.15處具有更低的壁面溫度，流經(jīng)其表面的過(guò)冷水溫度也更低，這大幅提高了過(guò)冷水發(fā)生結(jié)冰的概率，最終導(dǎo)致該處總是優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰，這也表明具有更低的壁面溫度是優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰的局部條件。

圖12 t0時(shí)刻各測(cè)溫點(diǎn)壁面溫度Fig.12 The wall temperature at t0 moment in different temperature measuring points

3 結(jié)論

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)平板過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生的結(jié)冰行為進(jìn)行研究，總結(jié)了兩種典型結(jié)冰行為的特點(diǎn)，分析了載冷劑進(jìn)口溫度、制冰溶液流量對(duì)結(jié)冰行為二的影響規(guī)律，確定了優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰的區(qū)域及其局部條件，得到如下結(jié)論：

1)平板過(guò)冷卻器內(nèi)出現(xiàn)兩種典型結(jié)冰行為：結(jié)冰行為一表現(xiàn)為過(guò)冷卻器內(nèi)不出現(xiàn)結(jié)冰，過(guò)冷卻器出口水溶液可達(dá)到過(guò)冷態(tài)，系統(tǒng)可連續(xù)制取冰漿；結(jié)冰行為二表現(xiàn)為過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生結(jié)冰，過(guò)冷卻器出口水溶液達(dá)不到過(guò)冷態(tài)，系統(tǒng)不能制取冰漿。過(guò)冷卻器內(nèi)發(fā)生的結(jié)冰行為主要受壁面溫度和流體擾動(dòng)的影響。

2)載冷劑進(jìn)口溫度過(guò)低，過(guò)冷卻器壁面溫度降低過(guò)快，將會(huì)促進(jìn)過(guò)冷卻器內(nèi)結(jié)冰行為二的出現(xiàn)，使制冰系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅降低。

3)制冰溶液流量較小時(shí)，近壁面處的過(guò)冷水存在較大的溫度梯度，將促進(jìn)結(jié)冰行為二的發(fā)生；而制冰溶液流量較大時(shí)，由于能量波動(dòng)水平達(dá)到形核功的概率增加，也使結(jié)冰行為二更易發(fā)生。因此制冰溶液流量過(guò)大或過(guò)小均會(huì)促進(jìn)過(guò)冷卻器內(nèi)結(jié)冰行為二的發(fā)生，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)制冰，應(yīng)當(dāng)選取一個(gè)相對(duì)可靠的制冰溶液流量，本研究中0.5 m3/h是一個(gè)相對(duì)可靠的流量。

4)結(jié)冰行為二出現(xiàn)的情況下，過(guò)冷卻器內(nèi)相對(duì)距離d為0.15的壁面溫度明顯低于d為0.25、0.35和0.45的壁面溫度，且d為0.15處總是優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰。因此具有更低的壁面溫度是優(yōu)先發(fā)生結(jié)冰的局部條件。