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A Concise Method for Analyzing the Ice-Melting Performance of a Heated Disc

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

J.F. Lea*
Affiliation:
Science and Technology Division, North American Exploration and Production Group, Sun Oil Company, 503 North Central Expressway, P.O. Box 936, Richardson, Texas 75080, U.S.A.
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Abstract

Shreve (1962) evaluated the performance of solid-nose hotpoints of various geometries. A more concise method for analysis of the special case of a flat disc melting into ice is presented here. In contrast to the numerical solution presented by Shreve, this method results in a closed analytical solution, based on constant properties, which is corrected using a property ratio scheme. This technique allows the substitution of various fluid properties into the solutions as might be required when considering contaminated or saline ice or other liquids. Shreve's method would require some additional numerical work to evaluate various properties because the temperature dependence of the viscosity of water is integrated into the results.

Results obtained for the flat disc using this method are shown to compare favorably with Shreve's, indicating that this type of analysis may be applicable to other melt-unit geometries.

Résumé

Résumé

Dans l'article de Shreve (1962), le fonctionnement de "têtes chauffantes" de diverses géométries était estimé. On présente ici une méthode plus rapide pour l'analyse du cas d'un disque plat fondant la glace. Contrastant avec la solution numérique présentée par Shreve, cette méthode aboutit à une solution analytique de forme simple, basée sur des propriétés constantes, qui est corrigée en utilisant des variables réduites. Cette technique permet la substitution dans les équations des propriétés de différents fluides comme ce pourrait être nécessaire en considérant une glace polluée ou saline ou d'autres liquides. La méthode de Shreve demanderait des calculs numériques supplémentaires pour prendre en compte des propriétés variées parce que ses résultats intégrent la loi de variation de la viscosité de l'eau en fonction de la température.

On montre que les résultais obtenus par la méthode rapide pour un disque plat supportent avantageusement la comparaison avec ceux de Shreve, ce qui indique que ce type d'analyse, de même que celui de Shreve, est applicable à d'autres geometries de tête fondante.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

In dem Beitrag von Shreve (1962) wird aus der Betrachtung des fliessenden Wasserfilmes zwischen der warmen Oberfläche und dem Eis auf die Leistung von "solid-nose hotpoints" verschiedener Gestalt geschlossen. Für die Analyse des Falles einer flachen, in das Eis einschmelzenden Scheibe, wird hier ein kürzeres Verfahren entwickelt und vorgestellt. Im Gegensatz zur der von Shreve angewandten numerischen Lösung liefert dieses Verfahren eine geschlossene analytische Lösung; es beruhr auf der Annahme konstanter Eigenschaften, wird jedoch mit Hilfe eines Schemas der Eigenschaftsverhältnisse verbessert. Dieses Vorgehen ermöglicht auch die Substitution verschiedener Flüssigkeitseigenschaften in die Gleichungen, wie sie bei der Betrachtung von verunreinigtem oder salzhaltigem Eis oder anderen Flüssigkeiten notwendig werden könnte. In Shreves Methode würde die Berücksichtigung verschiedener Eigenschaften einigen rechnerischen Mehraufwand erfordern, weil die Temperaturabhängigkeit der Viskosität des Wassers ein Bestandteil der Ergebnisse ist.

Die mit dem kürzeren Verfahren für die flache Scheibe erhaltenen Ergebnisse schneiden im Vergleich zu denen von Shreve günstig ab; alle Anzeichen sprechen dafür, dass diese Art der Analyst, wie die von Shreve, auch auTanders geformte Schmelzkörper anwendbar ist.

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Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1976
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Fig. 1. Efficiency and surface temperature related to performance number N, and (Pe)*.