研究人员找到了一种方法来防止电力线,飞机,风力涡轮机和其他表面结冰

2019-10-14 17:31:30

从飞机机翼到架空的电力线,再到巨大的风力涡轮机叶片,冰的积聚可能导致各种问题,从性能下降一直到灾难性故障。但是,要防止积聚,通常需要消耗大量能源的加热系统或对环境有害的化学喷雾。现在,麻省理工学院的研究人员已经开发出一种完全被动的太阳能供电方式来对抗结冰。

基于三层材料,该系统非常简单,该材料可以施加或什至喷涂到要处理的表面上。它收集太阳辐射,将其转换成热量,然后将热量散布到周围,以使融化不仅仅局限于直接暴露在阳光下的区域。而且,一旦应用,它就不需要进一步的动作或电源。它甚至可以在晚上使用人工照明除冰。

麻省理工学院机械工程副教授Kripa Varanasi和博士后Susmita Dash和Jolet de Ruiter在一篇论文中,今天在《科学进展》杂志上对这种新系统进行了描述。

瓦拉纳西说:“结冰是飞机,风力涡轮机,电力线,海上石油平台和许多其他地方的主要问题。” “解决它的常规方法是给喷雾除冰或加热,但这些方法都有问题。”

受太阳启发

用于飞机和其他应用的常用除冰喷雾剂使用乙二醇,这是一种对环境有害的化学物质。出于成本和安全原因,航空公司不喜欢使用主动供暖。瓦拉纳西和其他研究人员已经研究了使用超疏水性表面来防止被动结冰的方法,但是这些涂层会因霜的形成而受到损害,而霜的形成往往会填充微观结构,从而使表面具有除冰的特性。

作为替代查询,瓦拉纳西和他的团队考虑了太阳释放的能量。他说,他们想看看是否“有一种捕获热量并将其以被动方式使用的方法”。他们发现那里。

研究小组发现,不需要产生足够的热量来融化所形成的大部分冰块。边界层(冰与表面相交处)的融化足以产生薄薄的一层水,这将使表面足够光滑,因此任何冰都将立即滑落。这就是团队使用他们开发的三层材料实现的。

逐层

顶层是吸收剂,它吸收入射的阳光并将其转化为热量。瓦拉纳西说,该团队使用的材料非常高效,吸收了95%的入射阳光,而仅损失了3%的再辐射。

原则上,该层本身可以帮助防止霜冻形成,但有两个局限性:它只能在阳光直射的区域中起作用,并且大部分热量会散回到基材中-飞机机翼或电力线,例如-不会帮助除冰。

因此,为了补偿局部化,该团队添加了一个扩散层-一层非常薄的铝层,厚度仅为400微米,该铝层被其上方的吸收层加热,并非常有效地将热量横向扩散出去,从而覆盖了整个表面。瓦拉纳西说,这种材料被选择为具有“足够快的热响应,从而加热速度比冻结更快。”

最后,底层是简单的泡沫绝缘材料,以防止热量被浪费掉,并将其保持在需要的地方。

达什说:“除被动除冰外,光热阱还保持在高温下,从而完全防止了冰的积聚。”

然后将全部由便宜的可商购材料制成的三层粘合在一起,并且可以粘合到需要保护的表面上。研究人员说,对于某些应用,可以将这些材料一次喷涂到一个表面上。

该团队进行了广泛的测试,包括对材料的实际户外测试和详细的实验室测量,以证明该系统的有效性。

Varanasi说,该系统甚至可以找到更广泛的商业用途,例如用于防止房屋,学校和其他建筑物的屋顶结冰的面板。该团队计划继续在系统上进行工作,测试其使用寿命和最佳应用方法。他说,但是基本系统基本上可以立即用于某些用途,尤其是固定式应用。

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