No escritório de Hui Hu na Iowa State University, você pode sentir exatamente o que o gelo faz com um aerofólio.

Como ele recentemente rolou pelos slides descrevendo sua pesquisa usando o túnel de vento de gelo da Iowa State University, Hu pegou impressões em 3D de asas de avião geladas, lâminas de turbinas eólicas e cabos de energia. Onde deveria haver bordas de ataque suaves e superfícies curvas e curvadas projetadas para criar sustentação ou rotação com o vento, havia verrugas de gelo irregular e áspero se acumulando nas bordas de ataque e se espalhando por cima e por baixo dos aerofólios.

Ele até tinha modelos de diferentes tipos de gelo:o material realmente irregular é o gelo glaceado (formado em condições relativamente quentes e úmidas, como chuva congelante); o menor, saliências mais finas são geada (formada sob condições relativamente frias e secas do ar, gotas de água super-resfriadas).

"Este tipo de informação quantitativa não estava disponível antes, "disse Hu, o Professor Martin C. Jischke em Engenharia Aeroespacial no Estado de Iowa. "Aprendemos que modificações superficiais muito pequenas com revestimentos com fobia de gelo podem mudar drasticamente a física do gelo."

Em seu último projeto, Hu examinará ainda mais a formação de gelo nas pás da turbina eólica - e como prevenir ou retardar a formação de gelo. Esse estudo pode fazer a diferença nas contas de serviços públicos de Iowans.

De três anos, $ 303, 587 doação do Iowa Energy Center apoiará o projeto. A equipe de estudo de Hu inclui Linyue Gao, um associado de pesquisa de pós-doutorado na Universidade de Minnesota e ex-aluno de doutorado do estado de Iowa; além de Haiyang Hu e Ramsankar Veerakumar, alunos de doutorado em engenharia aeroespacial no estado de Iowa.

É exatamente o tipo de projeto que Hu tinha em mente quando iniciou o Laboratório de Física de Congelamento de Aeronaves e Tecnologia Anti / Degelo no Estado de Iowa, sete anos atrás.

A peça central do laboratório é o túnel de pesquisa de gelo do estado de Iowa. O túnel de vento pode produzir temperaturas de até -13 Fahrenheit e velocidades de fluxo de ar de até 100 metros por segundo. O fluxo de ar carrega gotículas de água de 10 a 100 milionésimos de metro de diâmetro. Uma atualização recente permitirá que os pesquisadores produzam cristais de gelo para estudar como eles, por exemplo, pode criar problemas de congelamento ao impactar as lâminas de turbinas quentes em motores a jato.

Um sistema de projeção de imagem digital de alta velocidade e câmeras de imagem térmica infravermelha capturam todos os detalhes da formação de gelo nos aerofólios - onde se forma, como isso flui, como isso afeta a vanguarda, como diminui a sustentação e aumenta o arrasto. O túnel de vento de gelo também ajuda o grupo de Hu a testar revestimentos repelentes de água que podem mitigar a formação de gelo - alguns dos revestimentos são baseados na estrutura de superfície pontiaguda das folhas de lótus e outros no molhado, superfície oleosa de plantas de jarro.

Condições de laboratório, claro, nem sempre refletem as condições no campo. E entao, quando Hu não conseguiu permissão para medir gelo em turbinas eólicas de Iowa, ele usou conexões em sua China natal que permitiram a um estudante filmar turbinas geladas ao longo de uma montanha.

As imagens e medições resultantes ajudaram a quantificar como a formação de gelo nas lâminas da turbina reduz a produção de energia.

"Os invernos de Iowa são considerados a melhor estação para a colheita de energia eólica devido aos abundantes recursos eólicos e ao aumento da densidade do ar com a diminuição da temperatura, "Hu e seu grupo de pesquisa escreveram uma descrição de seu projeto." No entanto, Descobriu-se que o acúmulo de gelo nas lâminas da turbina diminui significativamente a produção de energia da turbina (ou seja, redução de até 50% em locais críticos de congelamento). "

A tecnologia atual usa parte da energia produzida pelas turbinas para aquecer a superfície maciça das pás das turbinas. Mas isso consome muita energia.

O grupo de Hu estudará uma estratégia híbrida de anti-degelo:aquecimento minimizado apenas em pequenas quantidades, partes críticas das lâminas, como bordas de ataque e aplicação durável, revestimentos com fobia de gelo ao longo do resto das lâminas.

Bons resultados de teste podem aumentar a produção de energia e reduzir custos.

"Embora os contribuintes de Iowa geralmente paguem contas de eletricidade mais altas no inverno, "escreveram os pesquisadores, "este projeto levará a uma nova estratégia anti-degelo para melhorar a produção de energia das turbinas eólicas de Iowa no inverno, reduzindo assim as contas de eletricidade dos contribuintes de Iowa. "