Ingeniører undersøger isning/afisning af vindmøllevinger for at forbedre vinterkraftproduktionen

I Hui Hu's kontor i Iowa State University, du kan mærke præcis, hvad is gør ved et flyveblad.

Da han for nylig rullede gennem diasene, der beskrev sin forskning ved hjælp af Iowa State Universitys isingstunnel, Hu hentede 3D-udskrifter af iskolde flyvinger, vindmøllevinger og strømkabler. Hvor der skulle være glatte forkanter og buede og kamede overflader konstrueret til at skabe løft eller spin med vinden, der var vorter af ujævn og grov is, der byggede sig op lige ved forkanterne og slæbte hen over topene og bundene på profilerne.

Han havde endda modeller af forskellige slags is:De virkelig ujævne ting er glasuris (dannet under relativt varme og våde forhold, såsom iskold regn); den mindre, finere bump er rimeis (dannet under relativt kolde og tørre forhold fra luftbårne, superkølede vanddråber).

"Denne form for kvantitativ information var ikke tilgængelig før, "sagde Hu, Martin C. Jischke -professor i luftfartsteknik i Iowa State. "Vi har lært, at meget små overflademodifikationer med isfobiske belægninger kan ændre isfysik dramatisk."

I sit seneste projekt, Hu vil se endnu mere nærmere på isdannelse på vindmøllevinger - og hvordan man forhindrer eller forsinker isdannelse. Denne undersøgelse kan gøre en forskel på Iowans 'regninger.

Et tre år, $ 303, 587 tilskud fra Iowa Energy Center vil støtte projektet. Hu's undersøgelsesteam omfatter Linyue Gao, en postdoc forsker ved University of Minnesota og tidligere doktorand i Iowa State; plus Haiyang Hu og Ramsankar Veerakumar, doktorander i luftfartsteknik i Iowa State.

Det er bare den slags projekt, Hu havde i tankerne, da han startede Aircraft Icing Physics and Anti-/De-icing Technology Laboratory i Iowa State for syv år siden.

Midtpunktet i laboratoriet er Iowa State's Icing Research Tunnel. Vindtunnelen kan producere temperaturer ned til -13 Fahrenheit og luftgennemstrømningshastigheder op til 100 meter i sekundet. Luftstrømmen bærer vanddråber fra 10 til 100 milliontedele af en meter i diameter. En nylig opgradering vil give forskere mulighed for at producere iskrystaller for at studere, hvordan de, for eksempel, kan skabe isingsproblemer, da de påvirker varme turbineblade i jetmotorer.

Et højhastigheds digitalt billedprojektionssystem og infrarøde termiske billedkameraer fanger hver eneste detalje af isdannelse på flyveplader-hvor det dannes, hvordan det flyder, hvordan det påvirker forkant, hvordan det reducerer løft og øger træk. Isvindtunnelen hjælper også Hu's gruppe med at teste vandafvisende belægninger, der kan afbøde isdannelse-nogle af belægningerne er baseret på den stikkende overfladestruktur af lotusblade og andre på vådt, olieagtig overflade af kandeplanter.

Labbetingelser, selvfølgelig, afspejler ikke altid forholdene i feltet. Også, da Hu ikke kunne få tilladelse til at måle is på Iowa -vindmøller, han brugte forbindelser i sit hjemland Kina, der tillod en studerende at tage droneoptagelser af iskolde møller langs en bjergryg.

Billederne og de resulterende målinger hjalp med at kvantificere, hvordan isdannelse på turbineblade reducerer elproduktionen.

"Iowa -vintre formodes at være den bedste sæson for høstning af vindenergi på grund af de rigelige vindressourcer og øget lufttæthed med faldende temperatur, "Hu og hans forskningsgruppe skrev i en beskrivelse af deres projekt." Dog, istilførsel på turbineblade viste sig at reducere en mølles elproduktion betydeligt (dvs. op til 50% reduktion på kritiske issteder). "

Nuværende teknologi tager noget af den kraft, der produceres af møller til at opvarme den massive overflade af turbineblade. Men det kræver meget energi.

Hu's gruppe vil studere en hybrid anti-/afisning-strategi:Minimeret opvarmning kun ved små, kritiske dele af knivene, såsom forkanter og påføring af holdbare, isfobiske belægninger langs resten af ​​vingerne.

Gode ​​testresultater kan øge elproduktionen og lavere omkostninger.

"Mens Iowa -skatteyderne normalt betaler højere elregninger om vinteren, "skrev forskerne, "dette projekt vil føre til en ny strategi mod afisning/afisning til forbedring af elproduktion af vindmøller i Iowa om vinteren, og dermed sænke elregningerne for Iowa -skatteyderne. "