Nell'ufficio della Iowa State University di Hui Hu, puoi sentire esattamente cosa fa il ghiaccio a un profilo alare.

Mentre di recente scorreva le diapositive che descrivevano la sua ricerca utilizzando la galleria del vento ghiacciata della Iowa State University, Hu ha raccolto stampe 3D di ali di aeroplano ghiacciate, pale di turbine eoliche e cavi di alimentazione. Dove dovevano esserci bordi d'attacco lisci e superfici curve e bombate progettate per creare portanza o rotazione con il vento, c'erano verruche di ghiaccio irregolare e grossolano che si accumulavano appena fuori dai bordi d'attacco e si trascinavano sopra e sotto i profili aerodinamici.

Aveva persino modelli di diversi tipi di ghiaccio:la cosa davvero irregolare è il ghiaccio glassato (formato in condizioni relativamente calde e umide, come pioggia gelata); il più piccolo, le protuberanze più fini sono il ghiaccio di brina (formato in condizioni relativamente fredde e secche dall'aria, gocce d'acqua superraffreddate).

"Questo tipo di informazioni quantitative non era disponibile prima, " disse Hu, il professore Martin C. Jischke in ingegneria aerospaziale allo Iowa State. "Abbiamo appreso che modifiche superficiali molto piccole con rivestimenti fobici del ghiaccio possono cambiare drasticamente la fisica del ghiaccio".

Nel suo ultimo progetto, Hu esaminerà ancora più da vicino la formazione di ghiaccio sulle pale delle turbine eoliche e come prevenire o ritardare la formazione del ghiaccio. Questo studio potrebbe fare la differenza sulle bollette dell'Iowan.

Un triennio, $ 303, La sovvenzione 587 dell'Iowa Energy Center sosterrà il progetto. Il team di studio di Hu include Linyue Gao, un ricercatore associato post-dottorato presso l'Università del Minnesota ed ex studente di dottorato in Iowa State; più Haiyang Hu e Ramsankar Veerakumar, studenti di dottorato in ingegneria aerospaziale presso lo Iowa State.

È proprio il tipo di progetto che Hu aveva in mente quando ha avviato l'Aircraft Icing Physics and Anti-/De-icing Technology Laboratory nello Iowa State sette anni fa.

Il fulcro del laboratorio è l'Icing Research Tunnel dell'Iowa State. La galleria del vento può produrre temperature fino a -13 Fahrenheit e velocità del flusso d'aria fino a 100 metri al secondo. Il flusso d'aria trasporta gocce d'acqua da 10 a 100 milionesimi di metro di diametro. Un recente aggiornamento consentirà ai ricercatori di produrre cristalli di ghiaccio per studiare come essi, Per esempio, potrebbero creare problemi di formazione di ghiaccio in quanto colpiscono le pale delle turbine calde nei motori a reazione.

Un sistema di proiezione di immagini digitali ad alta velocità e termocamere a infrarossi catturano ogni dettaglio della formazione di ghiaccio sui profili alari, dove si forma, come scorre, come influenza il bordo d'attacco, come diminuisce la portanza e aumenta la resistenza. La galleria del vento di ghiaccio aiuta anche il gruppo di Hu a testare rivestimenti idrorepellenti che potrebbero mitigare la formazione di ghiaccio:alcuni dei rivestimenti si basano sulla struttura superficiale appuntita delle foglie di loto e altri sul bagnato, superficie oleosa delle piante carnivore.

condizioni di laboratorio, Certo, non sempre riflettono le condizioni sul campo. E così, quando Hu non ha potuto ottenere il permesso di misurare il ghiaccio sulle turbine eoliche dell'Iowa, ha usato le connessioni nella sua nativa Cina che hanno permesso a uno studente di riprendere con i droni le turbine ghiacciate lungo un crinale di montagna.

Le immagini e le misurazioni risultanti hanno aiutato a quantificare come il ghiaccio sulle pale delle turbine riduce la produzione di energia.

"Gli inverni dell'Iowa dovrebbero essere la stagione migliore per la raccolta di energia eolica a causa delle abbondanti risorse eoliche e dell'aumento della densità dell'aria con la diminuzione della temperatura, " Hu e il suo gruppo di ricerca hanno scritto in una descrizione del loro progetto. "Tuttavia, è stato riscontrato che l'accrescimento di ghiaccio sulle pale delle turbine riduce significativamente la produzione di energia di una turbina (cioè fino al 50% di riduzione nei siti di formazione di ghiaccio critici)."

La tecnologia attuale richiede parte della potenza prodotta dalle turbine per riscaldare l'enorme superficie delle pale delle turbine. Ma questo consuma molta energia.

Il gruppo di Hu studierà una strategia ibrida anti-/de-icing:riscaldamento ridotto al minimo solo al minimo, parti critiche delle lame come bordi d'attacco e applicazione durevole, rivestimenti antighiaccio lungo il resto delle lame.

I buoni risultati dei test potrebbero aumentare la produzione di energia e ridurre i costi.

"Mentre i contribuenti dell'Iowa di solito pagano bollette elettriche più elevate in inverno, " hanno scritto i ricercatori, "questo progetto porterà a una nuova strategia anti-ghiaccio per migliorare la produzione di energia delle turbine eoliche dell'Iowa in inverno, abbassando così le bollette elettriche dei contribuenti dell'Iowa".