Pour résoudre le problème d’incertitude concernant le processus de changement de phase de l’eau surfondue dans le cristalliseur ultrasonique, un modèle couplé CFD-PBM (dynamique des fluides numérique - modèle de bilan de population) a été établi, basé sur le modèle multiphasique Euler-Euler, le modèle de bilan de population (PBM) et la fonction définie par l’utilisateur (UDF), afin de simuler l’écoulement de l’eau surfondue, la nucléation et la croissance des cristaux de glace dans un cristalliseur ultrasonique tourbillonnaire. Les résultats montrent que le taux de glace à la sortie augmente d’abord avec la puissance ultrasonique puis se stabilise, avec une légère baisse dans certaines conditions à haute puissance ; dans la plage de 200 à 450 W, la puissance optimale augmente avec le débit. L’augmentation de la fréquence ultrasonique renforce l’effet thermique et réduit le taux de glace à la sortie, et les fréquences plus basses dans la plage de 20 à 40 kHz favorisent davantage la cristallisation. La structure tourbillonnaire prolonge le temps de séjour de l’eau surfondue, renforçant le mélange glace-eau et l’élimination de la surfusion. En combinant le taux de glace à la sortie, les pertes thermiques et la perte de transmission ultrasonique, les paramètres optimaux de fonctionnement ont été déterminés : puissance de 360 W, fréquence de 25 kHz. Les résultats de l’étude peuvent fournir une référence pour la conception des cristalliseurs dans les systèmes dynamiques de stockage de glace.

Cristallisation ultrasonique ; modèle couplé CFD-PBM ; eau surfondue ; évolution des cristaux de glace ; stockage dynamique de glace