초음파 결정 촉진기 내 과냉수 상전이 과정이 명확하지 않은 문제를 해결하기 위해, 오일러-오일러 다상 유동 모델, 군집 균형 모델(PBM), 사용자 정의 함수(UDF)를 기반으로 CFD-PBM(전산 유체 역학-군집 균형 모델) 결합 모델을 구축하여 회전류식 초음파 결정 촉진기 내 과냉수의 유동, 핵생성 및 얼음 결정 성장 과정을 시뮬레이션하였다. 결과는 출구 얼음 함량이 초음파 출력 증가에 따라 먼저 상승하다가 안정화되며, 일부 고출력 조건에서는 약간 감소하는 현상을 보였다; 200~450W 범위 내에서 유량 증가에 따라 최적 출력이 상승하였다. 초음파 주파수 증가가 열 효과를 강화하고 출구 얼음 함량을 감소시키며, 20~40kHz 구간 내 낮은 주파수가 결정 촉진에 더 유리하였다. 회전류 구조는 과냉수 체류 시간을 연장하여 얼음과 물의 혼합 및 과냉 해소를 강화하였다. 출구 얼음 함량, 열 손실 및 초음파 전달 손실을 종합하여 최적 운전 파라미터를 출력 360W, 주파수 25kHz로 결정하였다. 연구 결과는 동적 축빙 시스템 내 결정 촉진기 설계에 참고가 될 수 있다.

초음파 결정 촉진; CFD-PBM 결합 모델; 과냉수; 얼음 결정 진화; 동적 축빙