1. Ziele und Relevanz

Forschungsthemen und Fragen

A. Oberflächencharakterisierung und Eishaftung

Untersuchung der Beziehung zwischen Oberflächentopographie und Eishaftung. Wie beeinflussen mikro- und nanostrukturelle Oberflächenmerkmale die Eiskeimbildung und die anschließende Haftung?

B. Multiphysikalische Modellierung

Erweiterung der aktuellen multiphysikalischen Modelle, um komplexe Wechselwirkungen zwischen thermischen Eigenschaften, Oberflächenmerkmalen und Umweltfaktoren einzubeziehen. Welche Verbesserungen können an bestehenden Modellen vorgenommen werden, um die Eisbildung und Haftung unter variierenden Bedingungen besser vorherzusagen?

C. Innovative Technologien zur Eisvermeidung

Erforschung des Designs und der Effizienz neuer Anti-Eis-Technologien unter Verwendung einer Kombination aus empirischer Forschung und Simulationsstudien. Können wir effektivere Beschichtungen oder Oberflächen entwickeln, die die Eishaftungsfestigkeit reduzieren, ohne die Materialintegrität oder Umweltsicherheit zu beeinträchtigen?

Relevanz für das Forschungsfeld

Dieses Projekt ist von hoher Relevanz für das Gebiet der Arktischen Ingenieurwissenschaften und Umweltwissenschaften und adressiert kritische Herausforderungen im Eismangement, die Energie, Transport und Sicherheit in kalten Regionen betreffen. Durch die Kombination von Dr. Khawajas Expertise in der Eiserkennung und -minderung mit Prof. Boigers fortschrittlichen multiphysikalischen Modellierungstechniken zielt diese Zusammenarbeit darauf ab, die Grenzen dessen, was derzeit in der prädiktiven Modellierung und praktischen Anwendung im Eismangement möglich ist, zu erweitern.

Mehrwert durch einen persönlichen Besuch

Ein persönlicher Besuch ist für diese Zusammenarbeit unerlässlich, da intensive, praktische gemeinsame Forschungsaktivitäten erforderlich sind, einschließlich Laborexperimente, Modellentwicklung und Datenanalyse unter Verwendung der spezialisierten Ressourcen der ZHAW.

2. Methoden

A. Empirische Datenerhebung und Oberflächenanalyse

Um die Auswirkungen von Oberflächenmerkmalen auf die Eishaftung umfassend zu verstehen, werden Dr. Khawaja und Prof. Boiger eine Kombination aus Datenerhebung durch thermografische Bilder und Elektronenmikroskopie verwenden. Techniken wie Infrarot-Thermografie und Elektronenmikroskopie werden verwendet, um die Eisbildung und -haftung auf verschiedenen Oberflächenmaterialien zu analysieren. Dies wird dazu beitragen, Schlüsselparameter zu identifizieren, die die Eiskeimbildung auf mikrostruktureller Ebene beeinflussen.

B. Multiphysikalische Modellierung

Dr. Khawaja und Prof. Boiger werden die Bemühungen zur Erweiterung und Verfeinerung der multiphysikalischen Modelle leiten, die reale Daten und Cloud-Computing-Ressourcen für eine verbesserte Simulationsgenauigkeit einbeziehen. Diese Modelle werden thermodynamische, mechanische und Oberflächencharakteristikdaten integrieren, um die Eisbildung und -haftung unter verschiedenen Umweltbedingungen zu simulieren und vorherzusagen. Der Einsatz von Cloud-Computing ermöglicht die effiziente Bewältigung komplexer Berechnungen und großer Datensätze und beschleunigt den Modellierungsprozess.

C. Simulation und Prüfung von Anti-Eis-Technologien

Dr. Khawaja und Prof. Boiger werden neue Materialien und Technologien zur Minderung der Eishaftung entwickeln und testen. Dies umfasst das Design von experimentellen Aufbauten zur kontrollierten Simulation von Eisbedingungen im Labor, gefolgt von Tests unter Eisbedingungen. Fortgeschrittene Simulationswerkzeuge werden verwendet, um die Leistung vor der Erstellung physischer Prototypen vorherzusagen und somit den Designprozess zu optimieren.

D. Datenanalyse und Modellvalidierung

Die aus Laborexperimenten gewonnenen Daten werden unter Verwendung statistischer und computergestützter Werkzeuge analysiert, um die prädiktiven Modelle zu validieren und zu verfeinern. Dieser Schritt ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Modelle zuverlässig reale Szenarien vorhersagen können, und um notwendige Anpassungen basierend auf empirischen Beweisen vorzunehmen.