Forskere udvikler teknik til at afise overflader på få sekunder

Flyvinger, vindmøller og indendørs varmesystemer kæmper alle under vægten og kulden fra is. Afisningsteknikker er energikrævende, imidlertid, og kræver ofte store ismasser for at smelte fuldstændigt for at virke. Forskere fra University of Illinois og Kyushu University i Japan har udviklet en ny teknik, der kun kræver et tyndt lag is ved grænsefladen af ​​en overflade for at smelte, lader den glide af under tyngdekraften.

Metoden, som bruger mindre end 1 % af energien og mindre end 0,01 % af den tid, der kræves til traditionelle afisningsteknikker, er publiceret i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .

Ineffektivitetsproblemet i konventionelle systemer skyldes, at det meste af den energi, der bruges til opvarmning og afisning, skal gå til opvarmning af andre komponenter i systemet i stedet for direkte at opvarme frosten eller isen, sagde forskerne. Dette øger energiforbruget og systemets nedetid.

"For at afrime, systemets kølefunktion er lukket ned, arbejdsvæsken opvarmes for at smelte is eller frost, så skal den køles ned igen, når overfladen er ren, " sagde hovedforfatter og U. af I. mekanisk videnskab og ingeniørprofessor Nenad Miljkovic. "Dette bruger meget energi, når du tænker på de årlige driftsomkostninger ved at køre intermitterende afrimningscyklusser."

Forskerne foreslår at levere en puls af meget høj strøm til grænsefladen mellem isen og overfladen for at skabe et lag vand. For at sikre, at pulsen er i stand til at generere den nødvendige varme ved grænsefladen, forskerne påfører en tynd belægning af et materiale kaldet indiumtinoxid - en ledende film, der ofte bruges til afrimning - på overfladen af ​​materialet. Derefter, de overlader resten til tyngdekraften.

For at teste dette, holdet afrimede en lodret glasplade afkølet til -15 grader Celsius og til -70 grader Celsius. Disse temperaturer blev valgt til at modellere opvarmning, ventilations- og luftkonditioneringsapplikationer og køle- og rumfartsapplikationer, henholdsvis. I alle tests, isen blev fjernet med en puls, der varede mindre end et sekund.

I en virkelig verden, tyngdekraften ville blive hjulpet af luftstrøm, sagde Miljkovic. "Denne nye tilgang er mere effektiv end konventionelle metoder."

Gruppen har endnu ikke studeret mere komplicerede 3-D overflader som flykomponenter, hvilket de sagde er et oplagt fremtidigt skridt. "Fly er en naturlig forlængelse, da de rejser hurtigt, så forskydningskræfterne på isen er store, hvilket betyder, at kun et meget tyndt lag ved grænsefladen skal smeltes for at fjerne is, "Miljkovic sagde. "Mere arbejde er nødvendigt for at finde ud af, hvordan vi kan belægge buede komponenter med indiumtinoxid på en passende måde og på en omkostningseffektiv måde, samtidig med at vi opretholder overholdelse af sikkerheden."

Store systemer såsom flyvinger ville kræve meget høje mængder øjeblikkelig strøm, sagde forskerne. "Selvom den samlede effekt under pulsen er meget lav, den øjeblikkelige kraft er høj, " sagde Illinois kandidatstuderende Yashraj Gurumukhi. "Der er behov for yderligere arbejde med hensyn til elektronik, der kræves for at drive de kredsløb, der opvarmer grænsefladen."