水結冰
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2022-03-10
水結冰的實例教程
銅罐里水結冰引起的罐體凍脹變形 ￥500
本案例基于COMSOL軟件模擬了銅罐里水結冰引起的罐體凍脹變形過程，仿真結果如圖所示：
罐體凍脹變形
外部較低環境作用時，在一開始罐體會發生微微冷縮現象，當內部水溫度降低并結成冰時，此時冰在罐體內部產生凍脹力，使得罐體發生凍脹變形。
感興趣的朋友可下載模型，歡迎交流
在此，為了解決這個問題，研究者在模型板襯底加上水系統，通過使用粗粒度單原子水(mW)模型，進行分子動力學模擬。由于有效的冰成核劑(INAs)，在性質上多種多樣，研究者模擬了廣泛的模型襯底(超過1100種)，以減少對單一案例研究的過度依賴，并提高提取一般性見解的機會。從這些模擬中，研究者發現：
1)許多不同的底物可以促進原始冰I多型的形成，包括難以捉摸的Ic；
2)即使是最溫和的過冷，原始Ic也可以選擇性成核；
3)水接觸層與冰面的相似度，是決定多型選擇性和成核溫度(Tn)的關鍵因素，與多型的形成無關；
4)襯底晶格與冰的匹配，并不表明所得到的多型。
此外，本文提出的襯底設計方法和獲得的見解，可用于控制水冰以外材料的多態性和堆積無序。
圖2 數據庫中所有觀察到成核的體系的成核溫度(Tn)直方圖。
圖3 羥基基襯底設計成核Ic。
圖4 系統的水接觸層與多類型冰的相似之處。
圖5 基質和水接觸層與冰相似，用Tn著色。
綜上所述，本文提出的襯底設計方法，可以很容易地擴展到材料科學中表現多態性和堆積無序的材料，從藥物到密實金屬和合金。如圖1所示，該方法的關鍵步驟，是從所需的變形/類型中取獨特的面，在此基礎上模擬液體/氣體形式的成核，并通過修剪和/或提取接觸層生成新的設計。通過提供所有可能的結構，這將使物理化學特性(如溶解度、機械性能、帶隙、介電特性)的微調成為可能。
此外，在本研究中所看到的多型選擇性和成核能力之間的聯系，意味著，即使在不需要控制獲得的多型/類型的情況下，襯底設計方法可以代替發現強的成核劑。
展開 水循環不順暢引發運行問題
在電廠鍋爐中，造成四管泄漏問題的常見問題之一即為水循環不順暢。究其根本原因，這主要是因為電廠長時間停留在低負荷，因此產生水循環不順暢。與此同時，在我國的北方地區，由于水結冰的時期比較長，這樣也會造成水冷壁時常產生不順暢。
做好鍋爐防磨防爆管理工作，是減少電廠非停極其重要的一步，也是建設智慧電廠不可或缺的一環，其中不僅需要對過往經驗的充分總結，還需要對新技術的高效利用。
9.4.3 求解步驟
9.5 實例5——矩形截面梁的對流傳熱過程
9.5.1 問題描述
9.5.2 問題分析
9.5.3 求解步驟
9.6 實例6——長圓柱體圓周受諧響應熱載荷
9.6.1 問題描述
9.6.2 問題分析
9.6.3 求解步驟
9.7 實例7——導管和罐體結合處的穩態熱分析
9.7.1 問題描述
9.7.2 問題分析
9.7.3 求解步驟
第10章 瞬態熱分析實例詳解
10.1 實例1——鋼球瞬態傳熱過程分析
10.1.1 問題描述
10.1.2 問題分析
10.1.3 求解步驟
10.2 實例2——型材瞬態傳熱過程分析
10.2.1 問題描述
10.2.2 問題分析
10.2.3 求解步驟
10.3 實例3——平板承受熱載荷
10.3.1 問題描述
10.3.2 問題分析
10.3.3 求解步驟
10.4 實例4——半無限大體受線性變化的溫度載荷
10.4.1 問題描述
10.4.2 問題分析
10.4.3 求解步驟
10.5 實例5——高溫銅導線冷卻過程分析
10.5.1 問題描述
10.5.2 問題分析
10.5.3 求解步驟
10.6 實例6——帶輪淬火過程分析
10.6.1 問題描述
10.6.2 問題分析
10.6.3 求解步驟
第11章 輻射熱分析實例詳解
11.1 實例1——黑體輻射
11.1.1 問題描述
11.1.2 問題分析
11.1.3 求解步驟
11.2 實例2——等軸同心圓柱面的輻射傳熱
11.2.1 問題描述
11.2.2 問題分析
11.2.3 求解步驟
11.3 實例3——等軸同心圓柱體的輻射傳熱
11.3.1 問題描述
11.3.2 問題分析
11.3.3 求解步驟
11.4 實例4——型鋼的熱輻射過程
11.4.1 問題描述
11.4.2 問題分析
11.4.3 求解步驟
第12章 相變分析實例詳解
12.1 實例1——水結冰過程分析
展開 裂紋中的水結冰也可能將套管脹裂。
4、防爆筒玻璃或橡膠無破損，防爆筒主要是起安全閥的作用。當變壓器發生故障時，電弧或過電流產生的熱量使變壓器油發生分解，產生大量高壓氣體。
使油箱承受巨大壓力，嚴重時可能使油箱變形甚至破裂，將可燃性油噴灑滿地。防爆筒在這種情況下動作排出故障產生的高壓氣體和油，以減輕和解除油箱所承受的壓力。
5、檢查呼吸器內硅膠的顏色。呼吸器是提供變壓器在溫度變化時內部氣體出入的通道，解除正常運行中因溫度變化產生對油箱對壓力，硅膠就是起著對吸進氣體去潮氣的作用。
硅膠正常時是藍白色的，當硅膠變為淡黃色或其它顏色時，表明硅膠已經失效，需要更換。
展開 
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然而，由于水工質結冰體積膨脹的特性，導致此類散熱器在低溫場景下存在結冰鼓脹風險，造成散熱器失效、產品損壞、短路等可靠性風險。本次研究借助Ansys Fluent流體仿真軟件，對熱管、均熱板在低溫場景下的內部結冰過程展開復現，獲得了內部冰層演化規律。明晰了此類散熱器局部結冰鼓脹的主要機理，以及不同溫降速率、溫降溫域的環境條件下的內部結冰速率差異，給出了對應的風險攔截測試要求。
測試人員會噴灑水霧使其結冰，驗證電機扭矩能否破冰而出。
溫度沖擊測試：在-40°C和85°C之間快速切換，考驗材料膨脹系數和電子連接的穩定性。
耐腐蝕與氣候測試：
鹽霧測試：模擬冬季撒鹽路況，測試金屬部件和漆面的抗腐蝕能力。
濕熱測試：在高濕度、高溫度環境下，測試電路板是否受潮、短路或霉變。
本研究基于Ansys Fluent 的凝固-融化模型，對熱管、VC兩種常用兩相散熱器內的毛細水、游離水在低溫下結冰的過程開展了仿真研究，獲得了不同溫降速率、溫域下的冰層演化規律，提煉出散熱器局部結冰鼓脹主要機理，為產品低溫可靠性改進提供了指導方向。
在這些低溫條件下，純凈水會凝固或結冰，阻礙散熱機的液體循環，從而無法進行散熱。
而使用基于乙二醇的混合液則能利用其獨特的防凍性能，在低溫環境下仍能確保冷卻液保持在理想的流體狀態，從而保證良好的散熱效果。
⑤一般水、蒸汽管道上的閥門，可采用鑄鐵閥門，但在室外蒸汽管道若停汽，會造成凝結水結冰，從而凍壞閥門。所以在寒冷地區，閥門采用鑄鋼、低溫鋼材質或加以有效保溫措施為宜。
⑥對危險性很大的劇毒介質或其他有害介質，應采用波紋管結構的閥門，防止介質從填料中泄露。
⑦閘閥、截止閥和球閥是閥門中使用量最大的閥門，選用時應綜合考慮。
航空發動機飛行結冰
輸入條件
- 噴氣發動機、飛行條件（p=64463.341Pa, v=110m/s, T=256K）、結冰條件(MVD=20, LWC=1g/m3)
仿真流程圖
仿真輸出
- 噴氣發動機在不同飛行結冰條件下的水收集系數分布、空間液態水含量分布、結冰增長率和積冰冰形等。
裂縫中的水結冰時也可能將套管脹裂。可見套管裂紋對變壓器的安全運行是很有威脅的。
5、高壓斷路器有什么作用？
答：高壓斷路器不僅可以切斷和接通正常情況下高壓電路中的空載電流和負荷電流，還可以在系統發生故障時與保護裝置及自動裝置相配合，迅速世斷故障電源，防止事故擴大，保證系統的安全運行。
6、阻波器有什么作用？
裂縫中的水結冰時也可能將套管脹裂。可見套管裂紋對變壓器的安全運行是很有威脅的。
5、中性點與零點、零線有何區別？
答：凡三相繞組的首端（或尾端）連接在一起的共同連接點，稱電源中性點。當電源的中性點與接地裝置有良好的連接時，該中性點便稱為零點；而由零點引出的導線，則稱為零線。
6、為什么室外母線接頭易發熱？
答：室外母線要經常受到風、雨、雪、日曬、冰凍等侵蝕。
裂縫中的水結冰時也可能將套管脹裂。可見套管裂紋對變壓器的安全運行是很有威脅的。
5、中性點與零點、零線有何區別？
答：凡三相繞組的首端（或尾端）連接在一起的共同連接點，稱電源中性點。當電源的中性點與接地裝置有良好的連接時，該中性點便稱為零點；而由零點引出的導線，則稱為零線。
6、為什么室外母線接頭易發熱？
答：室外母線要經常受到風、雨、雪、日曬、冰凍等侵蝕。
本案例基于COMSOL軟件模擬了銅罐里水結冰引起的罐體凍脹變形過程，仿真結果如圖所示：
罐體凍脹變形
外部較低環境作用時，在一開始罐體會發生微微冷縮現象，當內部水溫度降低并結成冰時，此時冰在罐體內部產生凍脹力，使得罐體發生凍脹變形。
感興趣的朋友可下載模型，歡迎交流
