På Hui Hu's kontor i Iowa State University, du kan känna exakt vad is gör med ett flygplan.

När han nyligen rullade genom bilderna som beskriver sin forskning med hjälp av Iowa State Universitys istunnel för isning, Hu plockade upp 3D-utskrifter av isiga flygplanvingar, vindkraftverk och kraftkablar. Där det skulle vara släta framkanter och böjda och kammade ytor konstruerade för att skapa lyft eller snurr med vinden, det byggdes upp vårtor av ojämn och grov is precis vid de främre kanterna och som släpade över topparna och bottnarna på profilerna.

Han hade till och med modeller av olika sorters is:De riktigt humpiga grejerna är glasyris (bildad under relativt varma och våta förhållanden, t.ex. frysande regn); den mindre, finare stötar är limis (bildas under relativt kalla och torra förhållanden från luftburna, superkylda vattendroppar).

"Den här typen av kvantitativ information var inte tillgänglig tidigare, "sa Hu, Martin C. Jischke professor i rymdteknik vid Iowa State. "Vi har lärt oss att mycket små ytmodifieringar med isfobiska beläggningar kan förändra isfysiken dramatiskt."

I sitt senaste projekt, Hu kommer att titta ännu mer på isbildning på vindkraftsblad - och hur man förhindrar eller fördröjer isbildning. Den studien kan göra skillnad på Iowans elräkningar.

Ett treårigt, $ 303, 587 bidrag från Iowa Energy Center kommer att stödja projektet. Hos studieteamet ingår Linyue Gao, en postdoktor vid University of Minnesota och tidigare doktorand i Iowa State; plus Haiyang Hu och Ramsankar Veerakumar, doktorander i rymdteknik vid Iowa State.

Det är bara den typen av projekt Hu hade i åtanke när han startade Aircraft Icing Physics and Anti-/De-icing Technology Laboratory i Iowa State för sju år sedan.

Mittpunkten i labbet är Iowa State's Icing Research Tunnel. Vindtunneln kan producera temperaturer ner till -13 Fahrenheit och luftflödeshastigheter upp till 100 meter per sekund. Luftflödet bär vattendroppar från 10 till 100 miljoner av en meter i diameter. En ny uppgradering gör det möjligt för forskare att producera iskristaller för att studera hur de, till exempel, kan skapa isbildningsproblem eftersom de påverkar heta turbinblad i jetmotorer.

Ett höghastighets digitalt bildprojektionssystem och infraröda värmekameror fångar varje detalj av isbildning på flygplan-där det bildas, hur det flyter, hur det påverkar framkant, hur det minskar lyft och ökar motståndet. Isvindtunneln hjälper också Hu's grupp att testa vattenavvisande beläggningar som kan mildra isbildning-några av beläggningarna är baserade på den stickiga ytstrukturen hos lotusblad och andra på vått, fet yta på krukväxter.

Labförhållanden, självklart, återspeglar inte alltid förhållandena på fältet. Och så, när Hu inte kunde få tillstånd att mäta is på vindkraftverk i Iowa, han använde anslutningar i sitt hemland Kina som gjorde det möjligt för en student att ta drönare från isiga turbiner längs en bergsrygg.

Bilderna och de resulterande mätningarna hjälpte till att kvantifiera hur isbildning på turbinblad minskar elproduktionen.

"Vintrarna i Iowa ska vara den bästa säsongen för skörd av vindkraft på grund av de stora vindresurserna och ökad lufttäthet med minskande temperatur, "Hu och hans forskargrupp skrev i en beskrivning av sitt projekt." Men isuppsamling på turbinblad visade sig minska en turbins kraftproduktion avsevärt (dvs. upp till 50% minskning vid kritiska isplatser). "

Nuvarande teknik tar en del av den kraft som produceras av turbiner för att värma den massiva ytan av turbinblad. Men det tar mycket energi.

Hu's grupp kommer att studera en hybrid anti-/avisningsstrategi:Minimerad uppvärmning endast vid små, kritiska delar av bladen, såsom framkanter och applicering av hållbara, isfobiska beläggningar längs resten av bladen.

Bra testresultat kan öka kraftproduktionen och sänka kostnaderna.

"Medan Iowa -betalare vanligtvis betalar högre elräkningar på vintern, "skrev forskarna, "detta projekt kommer att leda till en ny strategi för avisning/avisning för att förbättra elproduktionen av vindkraftverk i Iowa på vintern, sålunda sänka elräkningarna för Iowas skattebetalare. "