Dans le bureau de l'université d'État de l'Iowa de Hui Hu, vous pouvez sentir exactement ce que la glace fait à un profil aérodynamique.

Alors qu'il parcourait récemment les diapositives décrivant ses recherches à l'aide de la soufflerie glacée de l'Iowa State University, Hu a récupéré des impressions 3D d'ailes d'avion glacées, pales d'éoliennes et câbles électriques. Là où il était censé y avoir des bords d'attaque lisses et des surfaces courbes et cambrées conçues pour créer une portance ou une rotation avec le vent, il y avait des verrues de glace bosselée et grossière qui s'accumulaient juste à côté des bords d'attaque et traînaient sur le dessus et le dessous des profils aérodynamiques.

Il avait même des modèles de différents types de glace :la matière vraiment bosselée est la glace glacée (formée dans des conditions relativement chaudes et humides, comme la pluie verglaçante); le plus petit, les bosses plus fines sont le givre givré (formé dans des conditions relativement froides et sèches à partir de l'air, gouttelettes d'eau surfondues).

"Ce genre d'information quantitative n'était pas disponible avant, " dit Hu, le professeur Martin C. Jischke en génie aérospatial à l'Iowa State. "Nous avons appris que de très petites modifications de surface avec des revêtements glacés peuvent changer considérablement la physique du givrage."

Dans son dernier projet, Hu examinera de plus près la formation de glace sur les pales d'éoliennes et comment empêcher ou retarder la formation de glace. Cette étude pourrait faire une différence sur les factures de services publics de l'Iowan.

Un trois ans, 303 $, Une subvention de 587 du Iowa Energy Center soutiendra le projet. L'équipe d'étude de Hu comprend Linyue Gao, un associé de recherche postdoctoral à l'Université du Minnesota et ancien doctorant de l'État de l'Iowa ; plus Haiyang Hu et Ramsankar Veerakumar, doctorants en génie aérospatial à l'Iowa State.

C'est exactement le genre de projet que Hu avait en tête lorsqu'il a lancé le Laboratoire de physique du givrage des avions et de technologie anti-/dégivrage à l'Iowa State il y a sept ans.

La pièce maîtresse du laboratoire est le tunnel de recherche sur le givrage de l'État de l'Iowa. La soufflerie peut produire des températures jusqu'à -13 degrés Fahrenheit et des vitesses d'écoulement d'air jusqu'à 100 mètres par seconde. Le flux d'air transporte des gouttelettes d'eau de 10 à 100 millionièmes de mètre de diamètre. Une mise à niveau récente permettra aux chercheurs de produire des cristaux de glace pour étudier comment ils, par exemple, pourraient créer des problèmes de givrage car ils impactent les aubes de turbine chaudes dans les moteurs à réaction.

Un système de projection d'images numériques à haute vitesse et des caméras d'imagerie thermique infrarouge capturent chaque détail de la formation de glace sur les profils aérodynamiques, là où elle se forme, comment ça coule, comment cela affecte le bord d'attaque, comment il diminue la portance et augmente la traînée. La soufflerie de givrage aide également le groupe de Hu à tester des revêtements hydrofuges qui pourraient atténuer la formation de glace - certains des revêtements sont basés sur la structure de surface hérissée de feuilles de lotus et d'autres sur le mouillé, surface huileuse des plantes en pichet.

Conditions de laboratoire, bien sûr, ne reflètent pas toujours les conditions sur le terrain. Et donc, quand Hu n'a pas pu obtenir la permission de mesurer la glace sur les éoliennes de l'Iowa, il a utilisé des connexions dans sa Chine natale qui ont permis à un étudiant de prendre des images de drones de turbines glacées le long d'une crête de montagne.

Les images et les mesures résultantes ont permis de quantifier comment le givrage sur les aubes de turbine réduit la production d'électricité.

"Les hivers de l'Iowa sont censés être la meilleure saison pour la récolte d'énergie éolienne en raison des ressources éoliennes abondantes et de l'augmentation de la densité de l'air avec la baisse de la température, " Hu et son groupe de recherche ont écrit dans une description de leur projet. " Cependant, Il a été constaté que l'accumulation de glace sur les aubes de turbine diminuait considérablement la production d'électricité d'une turbine (c'est-à-dire jusqu'à 50 % de réduction sur les sites de givrage critiques). »

La technologie actuelle utilise une partie de l'énergie produite par les turbines pour chauffer la surface massive des aubes de turbine. Mais cela consomme beaucoup d'énergie.

Le groupe de Hu étudiera une stratégie hybride anti-/dégivrage :Chauffage minimisé uniquement à petite, les parties critiques des pales telles que les bords d'attaque et l'application durable, revêtements glacés le long du reste des pales.

De bons résultats de test pourraient augmenter la production d'électricité et réduire les coûts.

« Alors que les contribuables de l'Iowa paient généralement des factures d'électricité plus élevées en hiver, " les chercheurs ont écrit, "ce projet conduira à une nouvelle stratégie anti-/dégivrage pour améliorer la production d'électricité des éoliennes de l'Iowa en hiver, réduisant ainsi les factures d'électricité des contribuables de l'Iowa. »