Planar solidification of a warm flowing liquid with the convective heat transfer to the growing solid layer, has been analysed for the boundary conditions of constant temperature, constant heat flux and convective heat flux at the surface respectively. The mathematical formulation of the problem resuited in a coupled set of two differential equations in temperature and solid thickness as function of position, time and the problem parameters. Analytical expressions for the temperature distribution within the growing solid layer, the rate of solidification and the solidification time are obtained. The perturbation techniques employed here is simple and straight forward in contrast with the earlier techniques. Good agreement between the experimental results and the present solutions is obtained for the convective heat flux boundary condition. The results of this analysis are useful in the design and analysis of experiments dealing with freezing/melting in one dimension. The role of the parameter Stefan number which is small for phase change materials, is discussed in context with the storage of thermal energy.
Gefrieren einer warmen, striimenden Fliissigkeit in ebener Front unter verschiedenen BedingungenZusammenfassung. Der Gefriervorgang einer warmen, str6men-den Fltissigkeit mit konvektivem W~irmeiibergang zur ebenen wachsenden Phasengrenze wurde mit den Randbedingungen konstante Temperatur, konstanter W~irmestrom und konvektiver W~irrnestrom an der Oberfl~iche untersucht. Man erh~ilt zwei gekoppelte Differentialgleichungen fiJr die Temperatur und die Dicke der festen Schicht als Funktion des Ortes, der Zeit und der Problemparameter. So gelangt man zu analytischen Ausdrticken ftir die Temperaturverteilung in der festen Schicht, der Geschwindigkeit und die Zeit der Erstarrung. Die hier angewandte St6-rungsrechnung ist einfach und, im Gegensatz zu ~ilteren Verfahren, explizit. Ffir konvektive fJbertragung als Randbedingung erh~ilt man gute Obereinstimmung zwischen Experiment und Theorie. Diese Ergebnisse sind wichtig fiir Entwurf und Auswertung yon experimentellen Resultaten mit Frieren und Schmelzen in einer Ebene. Der Einflug der Stefan-Zahl, die ffir in Frage kommende Stoffe klein ist, wird im Zusammenhang mit W~irme-speicherung untersucht.