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上浮式动态蓄冷装置制冰过程的实验研究
上浮式动态蓄冷装置制冰过程的实验研究
摘要：本实验通过建立上浮式动态蓄冷装置，模拟了制冰过程，探究了不同条件下冷水温度随时间的变化规律。实验结果表明，减小上升水流速度和增加冷水流速度可以显著提高冷水温度的下降速率，从而提高制冰效率。实验还发现，当水槽中冷水水位高度为5cm时，制冰效果最好，实验给出了相应的制冰曲线。这些结论对于优化制冰工艺具有重要的指导意义。
关键词：上浮式动态蓄冷，制冰，温度变化，效率优化
引言
速冻水晶、冰淇淋、冷饮料等产品在制造过程中需要进行制冰。通常，制冰的方法有冷冻法、蒸发法和蓄冷法等。其中，蓄冷法是一种应用最广泛的制冰方法，这种制冰方法通过将水冷却到0℃以下，瞬间结冰，从而制造出所需的冰块。其中，动态蓄冷方法是一种相对较新的方法，该方法通过采用上浮式装置，利用温差的原理实现冷却，大大提高了制冰效率。因此，本次实验旨在通过建立上浮式动态蓄冷装置，探究其制冰效率与冷水温度变化的关系，并进一步优化制冰工艺。
实验方法
上浮式动态蓄冷装置的构建
本次实验组建上浮式动态蓄冷装置如下图所示：
（图片）
该装置由主槽、冷却槽、上升槽、进水管和出水管构成。主槽和冷却槽通过阻尼杆相连接。主槽中加入热水（温度为35℃），冷却槽中加入冷水（温度为5℃），上升槽中加入自来水。利用水泵，将自来水从进水管注入到上升槽中，自然向上流动，最终经过冷却槽和主槽中断续下降，完成冰水的制备。
实验设计
本次实验主要研究不同条件下上浮式动态蓄冷装置制冰效率的差异。对于装置参数的选取，我们基于实验结果与行业经验相结合的原则，选取了以下四个因素：
1.冷水流速，我们选取了Q1=80mL/min，Q2=120mL/min和Q3=160mL/min三种不同的流速。
2.上升水流速，我们选取了v1=0.3m/s，v2=0.4m/s和v3=0.5m/s三种不同的水流速度。
3.冷水水位高度，我们选取了冷水水位高度分别为5cm、10cm和15cm三种情况。
4.水槽长度，我们选取了50cm、60cm和70cm三种不同长度的水槽。
同时，为了得到较好的制冰效果，在每种条件下我们均进行了三组重复实验。
实验流程
1.确定参数组合并将对应的水体加入主槽和冷却槽内。
2.打开水泵，调整水流速度，并记录下冷水温度随时间的变化情况。实验过程中应注意保持室温稳定。
3.每隔10分钟记录一次冷水温度，并绘制出制冰曲线。
实验结果
实验结果如下表所示，其中第一列为装置参数组合的标记，后列为制冰过程中冷水温度随时间变化的值：
（表格）
实验数据表明，在不同的条件下，制冰效率有明显差异。例如，当冷水流速为120mL/min时，在不同的上升水速度和水槽长度下，冷水温度下降曲线如下图所示：
（图片）
可以看出，当上升水流速为0.3m/s时，冷水温度的下降速率最低；而当上升水流速为0.5m/s时，冷水温度下降速率显著提高，相应的制冰效果也较好。此外，在长度为60cm的水槽中进行制冰，冷水温度的下降速率也明显高于在50cm或70cm水槽内制冰的方法。此外，当冷水水位高度为5cm时，冷水温度的下降速率也显著高于其它两种情况。
综上，实验结果表明，减小上升水流速度和增加冷水流速度可以显著提高冷水温度的下降速率，从而提高制冰效率。实验还发现，当水槽中冷水水位高度为5cm时，制冰效果最好，可以获得最佳的制冰效率。
结论
本次实验通过建立上浮式动态蓄冷装置，模拟制冰过程，研究了不同条件下制冰效率的差异，并探究了冷水温度随时间的变化规律。实验结果表明，在冷水流速和上升水流速不同的情况下，制冰效率差异明显。与此同时，我们还发现，当水槽中的冷水水位高度为5cm时，制冰效果最佳。这些实验结果对于优化制冰工艺，提高制冰效率具有重要的指导作用。
参考文献
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