本文介绍家用制冰机 的一些基本知识,随着人们生活水平的逐步提高，目前国内外家庭对家用制冰机的需求日益扩大。家用制冰机的特点是外形尺寸小，结构紧凑，制冰量和功耗相对较小，对成品冰的品质要求比较高。市场上销售的制冰机多采用浸水式制冰原理，将制冰柱浸入盛满水的储水盒中，启动后在制冰柱的外侧逐渐形成冰层，到达设定的时间后停机、脱冰，制出的成品冰即可使用。
       结冰过程是复杂的相变过程，由于其几何条件、初始条件和边界条件的复杂性，使其直接求解
过程具有一定的难度。该类问题的主要特点是：控制方程是导热方程，区域内存在着一个随时间变化的两相界面，在该界面上放出或吸收热量，又称为“移动界面问题”或“斯蒂芬问题”。这类问题在
数学上是一个强非线性问题，解的叠加原理不能使用，只有很少的简单情况才能获得解析解，目前该
类问题多采用焓法进行数值求解，将分区求解的导热问题化为整个区域上的非线性导热问题处理，建立统一的方程，用有限差分或有限元方法直接离散焓场，利用数值方法求出焓分布，根据焓与温度之间的关系求出温度场和两相界面，具有方程统一、处理简单、无需跟踪界面等特点。下面介绍一下制冰的两个模型

2 制冰模型
    1 结冰过程
     家用制冰机基本部件包括压缩机 、冷凝器 、毛细管、蒸发器 、分离器、旁通阀等，工作时，压缩
机排出的高温高压气体通过风冷冷凝器冷却后变成液体，经毛细管节流膨胀后进入蒸发器(即制冰器)，通过制冰器与储水箱中的水换热制冰；当达到程序设计的制冰时间后，电磁阀启动，压缩机排
气旁通至制冰器中进行脱冰处理，然后进入下一个制冰循环。制冷剂 液体进入制冰器的各制冰柱中，
在制冰柱浸入水中的部分(如图1所示)，制冰柱与水直接接触，表面附近的水逐渐被强制冷却降温，直至降到水的凝固温度开始发生相变，液态的水冻结成冰，并且冰层的厚度随着时间的推移而增
加，同时冰层开始过冷，当达到设定的结冰时间后开始进入脱冰程序。

图1 结冰过程示意图

2 数学物理模型
      结冰过程中由于自然对流的存在，使各径向换热不会完全一样，又由于制冷剂流动的不均匀性使得制冰柱壁面的换热也不完全相同。为了简化分析，做出以下几点假设：
① 环境温度不变时，制冰柱表面温度恒定均匀，设为T，；结冰过程中储水箱内水温恒定均匀，设为 ；结冰表面的温度为Tm；水和冰的温度只在沿半径方向发生变化；
② 冻结过程中，固态冰和液态水之间存在一个相变分界区域，称为相变界面；相变界面把整个传热分析区划分为冻结区、非冻结区和相变区，如图2所示，相变界面随着冻结时间的推移而移动；相变界面的移动速度对温度的扩散不产生影响；

图2 相变过程分析图

③ 水和冰的密度、比热、导热系数等热物性参数取作定值。冻结区和非冻结区内的导热控制方程形式非常类似，可以根据焓法模型建立统一的方程：

图3 冰层厚度与制冰时间关系数值解从图中可以看出，当环境温度和水温一定时，
冰层厚度随着制冰时间的延长而增加，并且初始水温越低，达到相同冰厚所需的制冰时间越短。因此，在家用制冰机实际使用过程中，注入初始温度较低的水，可以较快获得成品冰，并且功耗相对也要少一些。