近期，中国科学院广州能源研究所储能技术科研团队在过冷水冰浆流动成核动力学以及粒径演变规律研究方面取得系列进展，研究揭示了过冷水成核，以及成核后冰晶生长过程中的动力学变化规律。
科研团队在经典成核理论的框架上，针对过冷水的流动成核现象，将流动剪切因素纳入考量，提出了流动成核动力学理论模型，充分讨论了过冷水在流动剪切作用下成核能垒、最小成核半径等关键成核参数的变化情况。研究发现，剪切成核过程中，加速过冷液体成核的关键因素并非剪切导致的形变，而是所导致的形变在遭遇阻碍后而释放变形能量的本身。该研究可为过冷水冰浆制备的“防冰堵”、飞机机翼防冰和电线防冰等问题的研究提供理论指导。
流动剪切成核过程示意图
除此之外，科研团队还针对成核后过冷态下的晶核粒径演变规律展开研究。研究团队利用Euler-Euler固液两相流模型与群体平衡模型进行耦合，研究了在不同流速、过冷度、初始含冰率的情况下，水平直管内过冷水冰浆流动过程中过冷解除、粒径生长、粒径分布、压降的变化规律。研究结果表明，在较低的流速和较高的初始含冰率下，过冷解除的更快；在较高的过冷度和较低的流速下，冰晶粒径增长的更快。该研究成果可为过冷水冰浆的“防冰堵”设计、冰浆流动优化等提供理论指导。
促晶器内冰晶成核和生长过程温度变化
沿流动方向不同位置的含冰率变化
研究获得重点研发计划（课题号：2021YFE0112500）、欧盟地平线项目（CO-COOL，课题号：No 101007976）等的资助。相关成果相继发表于Chemical Engineering Science（Ice nucleation in supercooled water under shear，https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120674，第一作者为陈明彪博士，通讯作者为宋文吉研究员），International Journal of Heat and Mass Transfer（Investigation on the evolution of ice particles and ice slurry flowcharacteristics during subcooling release，https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124008，第一作者为杜群博士生，通讯作者为宋文吉研究员）等期刊。