A theoretical and experimental investigation of smooth- and wavy ice layers in laminar and turbulent flow inside an asymmetrically cooled parallel-plate channel

Abstract

The present paper shows the adaption of the numerical model originally developed by Weigand and Beer [14] for calculating steady-state ice layers inside an asymmetrically cooled parallel-plate channel. The investigation shows the characteristics in ice formation behaviour due to asymmetrically cooled walls. Further, a simple analytical model is presented for calculating smooth ice layers in turbulent flow. The study is supported by own measurements of the freezing fronts inside an asymmetrically cooled channel. A comparison between theoretical calculations and measurements shows generally good agreement.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Anwendung des von Weigand und Beer [14] entwickelten, numerischen Modells zur Vorhersage von Eisschichten in einem ebenen, asymmetrisch gekühlten Kanal. Die Studie befaßt sich mit den Unterschieden in der Eisschichtbildung aufgrund der asymmetrisch gekühlten Kanalwände. Weiterhin wird ein einfaches Verfahren angegeben, mit dem sich die Gestalt von glatten Eisschichten bei turbulenter Strömung und asymmetrischer Kühlung sehr einfach berechnen läßt. Die analytisch und numerisch gewonnenen Resultate werden anschließend mit eigenen Messungen von Eisschichten verglichen, wobei eine im allgemeinen gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment zu beobachten ist.