In het kantoor van Hui Hu's Iowa State University, je kunt precies voelen wat ijs met een vleugel doet.

Terwijl hij onlangs door de dia's rolde en zijn onderzoek beschreef met behulp van de ijswindtunnel van Iowa State University, Hu pakte 3D-afdrukken van ijzige vliegtuigvleugels, windturbinebladen en stroomkabels. Waar gladde voorranden en gebogen en gewelfde oppervlakken moesten zijn die ontworpen waren om lift of spin met de wind te creëren, er waren wratten van hobbelig en grof ijs dat zich ophoopte net naast de voorranden en sleepten over de toppen en onderkanten van de vleugelprofielen.

Hij had zelfs modellen van verschillende soorten ijs:het echt hobbelige spul is glazuurijs (gevormd onder relatief warme en natte omstandigheden, zoals aanvriezende regen); de kleinere, fijnere bultjes zijn rijpijs (gevormd onder relatief koude en droge omstandigheden vanuit de lucht, onderkoelde waterdruppels).

"Dit soort kwantitatieve informatie was niet eerder beschikbaar, " zei Hu, de Martin C. Jischke Professor in Aerospace Engineering aan de staat Iowa. "We hebben geleerd dat zeer kleine oppervlaktemodificaties met ijsafstotende coatings de ijsvormingsfysica dramatisch kunnen veranderen."

In zijn nieuwste project Hu zal ijsvorming op windturbinebladen nog nader bekijken - en hoe ijsvorming kan worden voorkomen of vertraagd. Die studie zou een verschil kunnen maken op de energierekeningen van Iowans.

Een driejarige $ 303, 587 subsidie ​​van het Iowa Energy Center zal het project ondersteunen. Het studieteam van Hu omvat Linyue Gao, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan de Universiteit van Minnesota en voormalig doctoraatsstudent in de staat Iowa; plus Haiyang Hu en Ramsankar Veerakumar, doctoraatsstudenten in lucht- en ruimtevaarttechniek aan de staat Iowa.

Het is precies het soort project dat Hu in gedachten had toen hij zeven jaar geleden het Aircraft Icing Physics and Anti-/De-icing Technology Laboratory oprichtte in de staat Iowa.

Het middelpunt van het lab is Iowa State's Icing Research Tunnel. De windtunnel kan temperaturen tot -13 Fahrenheit produceren en luchtstroomsnelheden tot 100 meter per seconde. De luchtstroom voert waterdruppels met een diameter van 10 tot 100 miljoenste van een meter. Een recente upgrade stelt onderzoekers in staat ijskristallen te produceren om te bestuderen hoe ze, bijvoorbeeld, kan ijsvormingsproblemen veroorzaken omdat ze hete turbinebladen in straalmotoren beïnvloeden.

Een high-speed digitaal beeldprojectiesysteem en infrarood-warmtebeeldcamera's leggen elk detail van ijsvorming vast op draagvlakken - waar het zich vormt, hoe het stroomt, hoe het de leading edge beïnvloedt, hoe het de lift vermindert en de weerstand verhoogt. De ijswindtunnel helpt Hu's groep ook bij het testen van waterafstotende coatings die ijsvorming kunnen verminderen - sommige coatings zijn gebaseerd op de stekelige oppervlaktestructuur van lotusbladeren en andere op nat, olieachtig oppervlak van bekerplanten.

Laboratoriumomstandigheden, natuurlijk, weerspiegelen niet altijd de omstandigheden in het veld. En dus, toen Hu geen toestemming kreeg om ijs te meten op windturbines in Iowa, hij gebruikte verbindingen in zijn geboorteland China waarmee een student drone-opnamen kon maken van ijzige turbines langs een bergrug.

De afbeeldingen en resulterende metingen hielpen kwantificeren hoe ijsvorming op turbinebladen de stroomproductie vermindert.

"De winters in Iowa zouden het beste seizoen zijn voor het oogsten van windenergie vanwege de overvloedige windbronnen en de verhoogde luchtdichtheid bij dalende temperatuur, Hu en zijn onderzoeksgroep schreven in een beschrijving van hun project. ijsaangroei op turbinebladen bleek de energieproductie van een turbine aanzienlijk te verminderen (d.w.z. tot 50% reductie op kritieke ijsvormingslocaties)."

De huidige technologie gebruikt een deel van het vermogen dat door turbines wordt geproduceerd om het massieve oppervlak van turbinebladen te verwarmen. Maar dat kost veel energie.

Hu's groep zal een hybride anti-/de-icingstrategie bestuderen:minimale verwarming alleen bij kleine, kritische onderdelen van de bladen zoals voorranden en het aanbrengen van duurzame, ijsafstotende coatings langs de rest van de bladen.

Goede testresultaten kunnen de stroomproductie verhogen en de kosten verlagen.

"Terwijl belastingbetalers in Iowa in de winter doorgaans hogere elektriciteitsrekeningen betalen, ’ schreven de onderzoekers, "Dit project zal leiden tot een nieuwe strategie om ijsvorming tegen te gaan om de energieproductie van windturbines in Iowa in de winter te verbeteren, dus het verlagen van de elektriciteitsrekening van Iowa belastingbetalers."