Badania eksperymentalne konwekcji naturalnej w zamarzającej wodzie

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych procesu zamarzania wody w warunkach konwekcji naturalnej przy występowaniu pojedynczego i dwustronnego frontu fazowego w kuwecie prostopadlościennej z dwoma pionowymi ściankami izotermicznymi. Do wyznaczenia ilościowych charakterystyk przepływu w funkcji czasu zostały wykorzystane współczesne techniki pomiarowe oparte o cyfrową akwizycję i obróbkę obrazu - PIV (anemometria) i PIT (termometria). Zastosowane techniki pomiarowe pozwoliły na uzyskanie wyników ilościowych w postaci chwilowych położeń granicy rozdziału faz, pól temperatury i prędkości w centralnym przekroju kuwety. Zaproponowano nowe zależności kryterialne opisujące zmiany udziału fazy stałej (lodu) w funkcji bezwymiarowego czasu (Fo-Ste).

---

Comprehensive understanding of the complex physical mechanisms in the moving boundary problems can be increased by the development of a detailed experimental study that provide the detailed qualitative and quantitative information about fluid flow and heat transfer effects in the melt dynamics. Experimental set-up has been designed and constructed where the following full-field acquisition techniques were applied to get precise information on local temperatures (Particle Image Thermometry - PIT) technique and velocities (Particle Image Velocimetry - PIV) in a differentially heated cubic cavity, filled with distillate water (including the temperature of the water density anomaly). Freezing of water was studied extensively to get detailed data of local temperature and velocity fields. ). It turned out that variation of the solidified volume fraction (ice) for different Ste numbers and parameter A can be presented as a function of time (Fo-Ste) in the case of two-directional freezing of water in the differential heated cavity. Thus, the experimental benchmark was created, which can be used as a reference standard in comparisons of diverse numerical models results for e.g. crystal growth, thermal energy storage systems (ice storage) or environmental problems associated with ice creation.