An Experimental Study on the Melting of a Horizontal Cylindrical Ice-Bar Submerged in Water

물속에 水平으로 잠겨 있는 圓 形 얼음 棒 의 融解現象 에 관한 實驗的 硏究

The melting phenomenal of the horizontal cylindrical ice-bar submerged in water are experimentally investigated for the temperature range from 2.5.deg. C to 15.deg. C. The shapes of the melting ice-bar are recorded by the Photo-elasticity Apparatus with modification of the test section. The shadowgraphs of the melting ice-bar show that water adjacent to the bar flows upward for the temperature range from 2.5.deg. C to 5.6.deg. C while above the temperature of 5.6.deg. C the flow is downward direction. The local and average Nusselt numbers become minimum at 5.6.deg. C which is considered as a critical temperature and the Nusselt numbers increase as temperature difference from the critical temperature increase.

본 연구에서 상변화 물질은 얼음과 물을 택하였으며, 시편의 기하학적 형상은 원동형 얼음봉을 사용하였고 온도가 일정한 물속에 수평으로 잠겨진 상태에서 얼음봉 이 융해되는 현상을 가시화하고 이를 관찰하였다. 시편주위에 발생하는 자연대류현 상이 접면효과를 받지 않토록 하기 위하여 물탱크의 크기는 시편직경의 5배 이상으로 하였고 주위물의 온도는 정도가 최대인 4.deg. C 부근을 전후한 최저 2.5.deg. C에서 최고 15.deg. C 까지를 택하였다. 융해현상은 2차원 음영방법으로 가시화하고 사진으로 기록하였다. 융해되는 얼음봉의 형상은 Fourier수와 Stefan수의 곱으로 정의된 무차원시간(.zeta.)을 변수로 하여 나타내었다. 정해진 물의 온도에서 사진으로 기록된 결과를 콤퍼레이터 (comparator)를 이용하여 음영의 변화량을 구하여 각 원주각에서의 국부 Nusselt수와 평균 Nusselt수를 무차원시간에 대하여 구하였다.