Para resolver o problema da incerteza no processo de mudança de fase da água super-resfriada no cristalizador ultrassônico, foi estabelecido um modelo acoplado CFD-PBM (dinâmica dos fluidos computacional - modelo de balanço populacional), baseado no modelo multifásico Euler-Euler, no modelo de balanço populacional (PBM) e na função definida pelo usuário (UDF), para simular o escoamento da água super-resfriada, a nucleação e o crescimento dos cristais de gelo no cristalizador ultrassônico de fluxo em redemoinho. Os resultados mostram que a taxa de conteúdo de gelo na saída aumenta primeiro com o aumento da potência ultrassônica e depois tende a estabilizar, com uma leve diminuição sob algumas condições de alta potência; na faixa de 200~450 W, a potência ótima aumenta com o aumento do fluxo. O aumento da frequência ultrassônica aumenta o efeito térmico e diminui a taxa de conteúdo de gelo na saída, sendo que frequências mais baixas na faixa de 20~40 kHz são mais favoráveis para a cristalização. A estrutura de fluxo em redemoinho pode prolongar o tempo de permanência da água super-resfriada, fortalecendo a mistura de gelo e água e a eliminação do super-resfriamento. Considerando a taxa de conteúdo de gelo na saída, perdas térmicas e perdas de transmissão ultrassônica, os parâmetros de operação ideais foram determinados como potência de 360 W e frequência de 25 kHz. Os resultados do estudo podem fornecer referência para o projeto de cristalizadores em sistemas dinâmicos de armazenamento de gelo.

Cristalização ultrassônica; modelo acoplado CFD-PBM; água super-resfriada; evolução dos cristais de gelo; armazenamento dinâmico de gelo