Tilbake til søkeresultatene

PETROMAKS2-Stort program petroleum

Microstructure of sea spray ice. Prediction of icing on marine structures.

Alternativ tittel: Ising på fartøyer og plattformer: Effekter av isens mikro- og nano-struktur

Tildelt: kr 9,6 mill.

Ising på fartøyer og plattformer er ett særskilt problem for maritim industri i Norge. Ising foregår når havet og luften er kaldt nok slik att sjøsprøyt, som treffer strukturer, kan fryse til is. Å predikere ising er vanskelig fordi flere kompliserte prosesser spiller sammen. Først, så gjelder det å forstå hvor mye sjø sprøyt dannes gjennom brøyting av bølger og fraktes med vinden mot en skip eller en plattform. Videre må det avgjøres hvor fort sjø sprøyten kan fryse på strukturer av forskjellige geometrier, og i hvilken grad overflatens material påvirker isens holdbarhet. Ikke minst så er isen porøst og vil innholde kald sjøvann/saltlake, og dermed øke isens last på strukturer med mer enn 100%. Sjøvannets andel i isen er avhengig av isens mikrostruktur som er lite kjent og dermed er en viktig usikkerhetsfaktor når det kommer til predikering og varsling. I denne prosjekt skal vi undersøke isens mikrostruktur og vokst av iskristaller fra sjøsproyt for å forbedre modeller og varslinger av ising. Vi gjør dette med hjelp av 3D mikro-røntgentomografi. Teknikken er godt kjent fra medisin, men kan også brukes å studere interne strukturere av materialer. Blant annet vil vi observere og modellere hvor mye flytende sjøvann kan holdes av isen som danner seg av sjøsprøyt under forskjellige betingelser. Vi vill også studere kontaktflatene mellom is fra sjø sprøyt og forskjellige overflater, for å finne sammenheng mellom isens mikrostruktur, overflatens materialegenskaper og isens holdbarhet på overflatene. Prosjektet vil øke vår forståelse av ising og sine prosesser fundamentalt og dermed bidra til økt sikkerhet og risiko vurderinger under offshore aktiviteter i arktiske strøk. Under den første fasen av MICROSPRAY utviklet vi ett labor setup for å produsere og teste ising fra sjøvann under kontrollerte betingelser (vind, luft og vann temperatur, vannets salinitet) og på forskjellige overflater. Vi har konstruert en X-ray kjøle-celle til målinger på NTNU's hub ved Norwegian Centre for Nano-scale X-ray tomography (https://www.next.uio.no/hubs-and-capacities/) og sukksessfull tatt de første 3D bildene av isens mikrostruktur. Vi fant lignende mikrostrukturer for prøver av ising fra labor eksperimenter og prøver samlet inn under feltarbeid (Longyearbyen, vår 2021). For eksempel har vi visualisert detaljene av saltlake kanaler som før har bare vært kjent for vanlig hav-is. Resultatet gir oss en klar indikasjon, at våre labor eksperimenter skaper realistisk ising. Som neste trinn vil vi gjennomføre flere slike eksperimenter under forskjellige betingelser, og integrere in situ testing av isens adhesjonstyrke i vår setup. Målet i denne fase er å samle inn en stor kombinert dataset av mikrostuktur av sjøsprøte is og adhesjonskreftene som holder isen på plass.

Ice formation from sea spray is an important process regarding offshore operations in polar regions. Due to its safety risk for vessels and structures it has been become part of operational weather forecasting for half a century. However, while models of different complexity have been formulated to predict icing, their performance is still rather limited. There is a general consensus that one of the causes for this lack in performance is due to the freezing process of sea spray and the largely unknown microstructure of the forming ice. In recent years it has been proposed to include microstructure models to predict sea spray ice growth. However, so far no observations of dendritic structure of spray ice exist. The present project aims to close this knowledge gapin microstructure observations through imaging by nondestructive 3-d X-ray micro-tomography (XRT). Another challenge of marine icing is to understand the influence of different surfaces on the microstructureand properties of sea spray ice. We will perform ice adhesion experiments on different substrates, and also here observe the 3-d microstructure in dependence on growth conditions. Of particular interest in the freezing process of saline ice, its microstrcture and adhesion is the fate of saline brine that is expelled during freezing. Also this process will be studied for the first time by XRT imaging, and making uyse of high spationtemporal resolution at synchrotron radiation facilities, as well as high performance radiography . Our approach will gain new fundemental knowledge of microstructure and adhesion properties of sea spray ice. This is of particular importance for the predictability of ice loads on vessels and offshore structures. The project will also lay the ground for development of feasible coatings/materials of low ice adhesion, of high usefulness in cold regions operations. The project is of particular importance in view of a changing climate and increasing logistics in cold waters.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

PETROMAKS2-Stort program petroleum