盐水在自然对流条件下的冰冻与冰层老化动力学

理解液态-固态相变与流体运动的耦合动力学，对于广泛的地质和工业应用至关重要。当盐水结冻时，新形成的冰呈糯状结构，具有孔隙结构， Traps 盐水。本研究结合实验和理论分析，考察盐冰的长期演化过程，综合考虑多尺度流体流动、热力学和质量传递以及相变的耦合动力学。我们表明，在封闭的对流系统中，糯状冰层的快速形成随后伴随脱盐过程（即从冰中甩出盐分），可能导致冰层厚度的缓慢渐近减小。脱盐过程减小了糯状冰的孔隙度，从而改变动态热力学平衡和冰层厚度，通过削弱糯状层内的浮力驱动对流。相反，盐水对流和冰层厚度的变化又会影响冰的进一步脱盐。该系统的长期动力学可通过一个一维模型准确预测，该模型对全局热力学和质量传递特性进行了恰当的参数化。此外，在相同的理论模型中，我们探讨了更广泛的参数空间下的冰的动力学。我们的发现促进了理解在对流流体作用下盐溶液相变物理学的认识，并为解释和预测如海冰老化等真实世界现象提供了依据。