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Interpretation of the Orientation of Ice Dendrites Growing from Supercooled Water

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Laura Levi*
Affiliation:
Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Técnicas, Rivadavia 1917, Buenos Aires, Argentina
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Abstract

An interpretation is proposed of the phenomenon of splitting of ice dendrites growing from supercooled water and of their orientation at an angle α to the basal plane. Both phenomena are related to the instabilities which develop on the dendritic cap when the ratio Vc/Va of the growth velocities in the direction of the c- and a-axes exceeds a certain limit. The different interface supercoolings, (δTi)a and (δTi)c at the tip and at the sides of the dendrite cap are considered. Although Vc/Va increases with the bath supercooling ΔT it is found that VcVa for (δTi)c = (δTi)a through the whole range investigated (o < ΔT ≤ 18 deg). The increase of α with the concentration of solutes is also qualitatively explained. Considering the kinetic theory of the molecular growth mechanism, the results obtained for Vc as a function of (δTi)c would indicate that most of the studied interval must correspond to the transitional regime of growth.

Résumé

Résumé

On propose une interprétation du phénomène de srission des dendrites de glace croissantes dans l'eau surfondue et de son orientation d'un angle α du plan basai. On met ce phénomène en relation avec les instabilités qui se formeraient à l'extrémité de la dendrite, quand la rapport Vc/Va entre les vitesses de croissance dans la direction des axes c et a dépasse une certaine limite. On considère les différents refroidissements à l'interface (δTi)a et (δTi)c existents à l'extrémité et aux côtés de la pointe de la dendrite. On trouve que VcVa pour (δTi)c = (δTi)a dans tout l'intervale des températures étudié (0 < ΔT ≤ 18 deg), bien que Vc/Va croisse avec le refroidissement de l'eau, ΔT. On explique aussi, qualitativement, l'observaiion que α croit avec la concentration d'une solution. En considérant la théorie cinétique du méchanisme moléculaire de solidification, on trouve que la dependence de Vc de (δTi)c indique que l'interval étudié doit correspondre, dans sa plus grande partie, au régime de croissance de transition.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Es wird eine Interpretation für die Erscheinung der Spaltung von in unterkühltem Wasser gewachsenen Eisdendriten und ihrer Orientierung unter einem Winkel α gegen die Basisfläche vorgeschlagen. Beide Eigenschaften werden in Beziehung zu der Instabilität gebracht, welche am Dendritenkopf entstünde, wenn das Verhältnis Vc/Va der Wachstumsgeschwindigkeiten in Richtung der c- und a-Achsen einen bestimmten Grenzwert unterschritte. Die unterschiedlichen Unterkühlungen (δTi)a und (δTi)c der Grenzflächen an der Spitze und an den Seiten des Dendritenkopfes werden betrachtet. Obgleich Vc/Va mit der Unterkühlung ΔT des Bades wächst, wurde über den gesamten untersuchten Bereich (0 < ΔT ≤ 18 deg) bei (δTi)c = (δTi)aVcVa gefunden. Ebenso wird das Wachsen von mit der Lösungskonzentration qualitativ erklärt. Bei Berücksichtigung der kinetischen Theorie des molekularen Wachstumsmechanismus führen die für Vc als Funktion von (Ti)c erhaltenen Ergebnisse dazu, dass der grösste Teil des untersuchten Intervalls dem Zustand gleich-mässigen Wachsens entsprechen muss.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Author(s) 1970 
Figure 0

Table I. Growth velocities and interface superooolinos parallel. to in a- and c-axes

Figure 1

Table II. Radius of curvature at the tip of dendrites in the basal plane