非球形冰晶融化与形状演化特性数值模拟

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32933

Abstract

Abstract:

To investigate the melting characteristics and shape evolution of non-spherical ice crystals in hot airflow environment， a melting model for non-spherical ice crystals was developed based on a decoupling strategy for flow and phase-change heat transfer， enabling a solution to the complex heat transfer problem involving gas-liquid-solid coupling. The results demonstrate that the proposed model accurately predicts the shape evolution process during ice crystal melting， and the predicted melting time agrees well with experimental results， with a deviation of ±15%. The shape evolution of non-spherical ice crystals undergoes three distinct stages： an initial warming stage where the shape remains stable， a partial water coverage stage where liquid water partially covers the ice core surface， and a complete water coverage stage where the ice core is fully enveloped. The initial aspect ratio is identified as the key factor governing the shape evolution during melting. A larger initial aspect ratio results in a longer time required for the ice crystal to evolve into a spherical shape. Furthermore， an empirical correlation between dimensionless sphericity and the melting ratio was established， overcoming the limitations of the traditional linear approximation model for high-aspect-ratio （initial aspect ratio λ > 2） ice crystals and significantly improving computational accuracy.

Key words: ice crystal icing, non-spherical, shape evolution, melting model, multiphase heat transfer

CLC Number:

V233.94

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Figures/Tables 13

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变量	工况1	工况2	工况3
m₀/ng	233.6	267.4	232.2
λ	1.10	5.01	9.39
T_air/K	293.2	288.3	292.9
U_air/（m·s^-1）	1.250	0.751	0.990
RH/%	56	61	4
Re	67.5	42.4	53.3
t_m，exp/s	7.06	14.46	13.78
t_m，model/s	7.35	13.91	13.74

Numerical simulation of melting and shape evolution characteristics of non-spherical ice crystals

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