Modeling of frost growth and frost properties with airflow over a flat plate

• Published in: International journal of refrigeration 2002-05, Vol.25 (3), p.362-371
• Main Authors: Yun, Rin, Kim, Yongchan, Min, Man-ki
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Air humide; Applied sciences; Cooling; Development; Développement; Energy; Energy. Thermal use of fuels; Equations of state of gases; Exact sciences and technology; Flat plate; Freezing; Frost; Frost effects; Frost formation; Givrage; Givre; Heat flux; Heat transfer; Humid air; Mass transfer; Modelling; Modélisation; Physical property; Plaque plane; Prandtl number; Propriété physique; Refroidissement; Theoretical studies. Data and constants. Metering; Thermal conductivity of gases
• ISSN: 0140-7007; 1879-2081
• DOI: 10.1016/S0140-7007(01)00026-3

A physical model of frost layer growth and frost properties with airflow over a flat plate at subfreezing temperature was developed. Frost roughness was measured, and an empirical correlation for the average frost roughness was suggested. Heat and mass transfer coefficients were calculated using the modified Prandtl mixing-length scheme containing the effects of both frost roughness and turbulent boundary layer thickness. Frost thermal conductivity was theoretically analyzed by solving the combined equations of air equivalent conductivity and thermal conductivity of the frost inner layer. Based on the present model, heat and mass transfer coefficient, frost thermal conductivity, frost thickness, frost mass concentration and frost density with time and space were estimated. The model showed good agreement with the basic trends of the test data taken from other literature. Spatial and temporal changes of heat flux and frost surface temperature were also investigated. Les auteurs ont développé un modèle pour la formation de givre et les propriétés du givre produit par l'écoulement d'air au-dessus d'une plaque plane maintenue à une température en dessous du point de congélation. On a mesuré la rugosité du givre et développé une corrélation empirique pour la rugosité moyenne. Les auteurs ont calculé les coefficients de transfert de chaleur et de masse à l'aide d'une méthode de Prandtl modifiée tenant compte de la rugosité du givre et de l'épaisseur de la couche limite. La conductivité thermique du givre a été analysée de façon théorique à l'aide d'équations permettant de calculer la conductivité équivalente de l'air et la conductivité thermique de la couche interne de givre. On a ensuite évalué, à l'aide du modèle développé, les coefficients de transfert de chaleur et de masse, la conductivité thermique du givre, l'épaisseur du givre, et la concentration en masse du givre dans le temps et sur le plan spatial. Il existe une bonne concordance entre le modèle et les données citées dans la littérature. On, a également étudié les modifications du flux thermique et de la température à la surface du givre en fonction du temps.