超音波促晶器内の過冷却水の相変化過程が不明確である問題に対し、オイラー-オイラー多相流モデル、群集バランスモデル（PBM）、ユーザー定義関数（UDF）に基づき、CFD-PBM結合モデル（計算流体力学-群集バランスモデル）を構築し、旋流式超音波促晶器内の過冷却水の流動、核形成および氷晶成長過程をシミュレーションした。結果は、出口の含氷率が超音波出力の増加に伴い一度上昇し、その後安定することを示し、一部高出力条件で小幅に減少する現象が見られた。200〜450 Wの範囲では流量の増加に伴い最適出力が上昇した。超音波周波数の上昇は熱効果を強化し、出口の含氷率を低下させ、20〜40 kHzの範囲では低周波の方が促晶に有利である。旋流構造は過冷却水の滞留時間を延長し、氷水混合および過冷却の解除を強化した。出口の含氷率、熱損失および超音波伝達損失を総合すると、最適運転パラメータは出力360 W、周波数25 kHzと決定された。本研究結果は動的蓄氷システムにおける促晶器設計の参考となる。

超音波促晶; CFD-PBM結合モデル; 過冷却水; 氷晶進化; 動的蓄氷