ModIceCrys – CFD Numerische Modellierung und experimentelle Analyse von Eiskristallisatoren für unterkühlte Strömungen

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502570
• Projekttitel Englisch: ModIceCrys – CFD Numerical modelling and experimental analysis of ice crystallizers for supercooling flows

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Um die Entwicklung der Eisschlamm-Technologie unter Verwendung von unterkühltem Wasser weiter zu verbessern, werden Modellierungs- und Designwerkzeuge für die Skalierbarkeit von Kristallisationseinheiten benötigt. Mit Hilfe dieser Werkzeuge wird es möglich sein einen kontrollierten und zuverlässigen Betrieb von Kristallisatoren zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass die stromaufwärts gerichtete Eisausbreitung und exergetische Verluste vermieden werden und eine hoch-effiziente Freigabe der Unterkühlung ermöglicht wird. ModIceCrys hat zum Ziel ein CFD basiertes Werkzeug zur Modellierung des Eiskristallisationsprozesses im Zusammenspiel mit der Fluidströmung zu entwickeln. Zu diesem Zweck werden zunächst die Eiskristallisationsprozesse in unterkühltem, stehendem Wasser mit Hilfe von populationsbasierten Modellen numerisch untersucht, um ein unabhängiges Kristallwachstumsmodell unter Ruhebedingungen zu erhalten. Danach wird ein gekoppeltes Strömungs- und Kristallwachstumsmodell mit Hilfe von CFD entwickelt, um die Grundlagen des Eiswachstums und seine Wechselwirkung in Fluidströmungen zu verstehen. Abschließend ist die Validierung des entwickelten CFD-Kristallisationsmodells durch verschiedene nicht-intrusive quantitative Visualisierungstechniken der Strömung, z.B. mit Particle Image Velocimetry (PIV) Messungen oder Schattenverfahren, vorgesehen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

To complete the deployment of the ice slurry technology using the supercooling water, modelling and design tools for the scalability of crystallizers are required. These tools may ensure a controlled and reliable operation of crystallizers, avoiding upstream ice prop-agation and exergetic losses, and high-efficiency supercooling release. To achieve this, ModIceCrys aims to develop a CFD-crystallization tool for modelling the ice crystallization process coupled with supercooled water flows.  As a first step, the ice crystallization processes in supercooling water will be numerically investigated using the population balance model to obtain a stand-alone crystal growth model in non-flow conditions. Thereafter, a coupled fluid flow and the above-mentioned crystal growth model will be coupled by means of CFD in order to understand the fun-damentals of ice growth and its interaction within supercooling water flows. To conclude, the validation of the previous CFD-crystallization model via diverse non-intrusive quantitative flow visualization techniques, such as Particle Image Velocimetry (PIV) and Backlight Shadow Imaging (BIS), is foreseen.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Afin d'améliorer le développement de la technologie des boues glacées à l'aide d'eau sous-refroidie, il est nécessaire de disposer d'outils de modélisation et de conception pour l'évolutivité des unités de cristallisation. Grâce à ces outils, il sera possible de garantir un fonctionnement contrôlé et fiable des cristallisoirs. Cela signifie que la propagation de la glace en amont et les pertes exergétiques seront évitées et qu'une libération très efficace du sous-refroidissement sera possible. ModIceCrys a pour objectif de développer un outil basé sur la CFD pour modéliser le processus de cristallisation de la glace en interaction avec l'écoulement du fluide. Pour ce faire, les processus de cristallisation de la glace dans l'eau stagnante sous-refroidie sont d'abord étudiés numériquement à l'aide de modèles basés sur les populations afin d'obtenir un modèle indépendant de croissance cristalline dans des conditions de repos. Ensuite, un modèle couplé d'écoulement et de croissance cristalline sera développé à l'aide de la CFD afin de comprendre les bases de la croissance de la glace et son interaction dans les écoulements de fluides. Enfin, il est prévu de valider le modèle de cristallisation CFD développé par différentes techniques de visualisation quantitative non intrusive de l'écoulement, par exemple par des mesures de vélocimétrie par images de particules (PIV) ou des méthodes d'ombre.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Eisspeicher haben ein grosses Potenzial zur Bereitstellung bzw. Zwischenspeicherung von Wärme und Kälte. Sie können in Wohngebäuden, aber auch in der Industrie für Kühl- und Heizzwecke eingesetzt werden. Damit Eisspeicher vermehrt Anwendung finden, müssen sie kostengünstiger und flexibler einsetzbar werden. Mit diesem Ziel arbeiten Forscherinnen und Forscher der Ostschweizer Fachhochschule an einem neuen Speicherkonzept, das einen Phasenwechsel von Wasser nutzt und das Eis in Form von „Slurry“ – einer Art Eisbrei – speichert.

Zugehörige Dokumente

• Fachartikel_B. Vogel [PDF] 2'883 kB

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

Zugehörige Dokumente

• Yearly Report 2023_english [PDF] 8'028 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Les accumulateurs de glace ont un grand potentiel pour la mise à disposition ou le stockage intermédiaire de chaleur et de froid. Ils peuvent être utilisés dans les bâtiments résidentiels, mais aussi dans l’industrie à des fins de refroidissement et de chauffage. Pour que les accumulateurs de glace soient davantage utilisés, ils doivent être moins chers et plus flexibles. C’est dans ce but que des chercheurs de la Ostschweizer Fachhochschule (OST) travaillent sur un nouveau concept de stockage qui utilise le changement de phase de l’eau et stocke la glace sous forme de «slurry», une sorte de coulis de glace.

Zugehörige Dokumente

• Article spécialisé_B. Vogel [PDF] 3'001 kB