Льдообразование
Льдообразование и теплофизически обратный процесс таяния льда иногда могут быть выражены структурно одинаковыми расчетными уравнениями. При этом, например, в случаях льда в грунте и тонкого льда с накапливающейся на нем талой водой лед при одинаковых температурных напорах намерзает быстрее, чем тает, так как коэффициент теплопередачи при льдообразовании больше, чем при таянии, и удельная теплопроводность льда больше, чем у воды.
Льдообразование может быть внутриводным, когда кристаллы образуются внутри переохлажденной массы воды, допленочным, когда на охлаждаемой поверхности, образуется «щетка» или «сетка» из отдельных, еще не смерзшихся в пленку кристаллов, и пленочным, когда происходит нарастание на охлаждаемой ледяной подложке сплошной пленки из кристаллов. Эти процессы льдообразования обычно сочетаются вместе. Для определения времени т образования (и плавления) внутриводного льда известно критериальное уравнение Кутателадзе, относящееся к случаю продолговатого кристалла льда и преобладания конвективной теплоотдачи
Эффективность допленочного льдообразования, связанная, в частности, с сильно развитой теплопередающей поверхностью «щетки» еще не сросшихся в монолит кристаллов, детально пока не изучена, но, по-видимому, может быть существенна при очень тонком льде.
Расчет продолжительности типичного процесса кристаллизации воды при отводе тепла через нарастающую пленку льда связан с известной проблемой Стефана о распределении тепла в среде с изменяющимся фазовым состоянием.
Частная задача расчета продолжительности замерзания плоского слоя воды в простейшем случае выражается в соответствии с теорией теплопроводности Фурье уравнением теплового баланса
Нелинейное уравнение теплопроводности решается для соответствующих краевых условий. Решения с необходимой точностью некоторых принципиальных задач проблемы Стефана даны Рубинштейном.
