S'inspirant de l'effet de réduction de la traînée produit par la structure cannelée naturellement formée à la surface de la peau de requin, cet article propose une structure biomimétique de dents de peau de requin et évalue ses effets sur le transfert de chaleur renforcé et la réduction de la traînée dans un écoulement monophasique à l'intérieur d'un tube. Les dents biomimétiques de peau de requin sont composées de crêtes allongées s'élevant dans la direction du flux principal et de dents annexes profilées, agencées de manière entrelacée et régulière sur la surface intérieure du tube, formant ainsi des rainures d'écoulement ordonnées. Cela permet de contraindre les tourbillons près de la paroi à l’intérieur des rainures, empêchant leur migration transversale, réduisant ainsi l’échange de quantité de mouvement induit par cette migration, ce qui entraîne une réduction de la traînée. De plus, les dents jouent un rôle efficace dans la perturbation de l’écoulement, renforçant le transfert convectif de chaleur à la paroi, ce qui accroît le coefficient de transfert de chaleur. Les résultats montrent que les principaux facteurs influençant la réduction de traînée et l'amélioration des performances des dents de peau de requin sont la hauteur des dents et la densité de leur disposition. Avec l’augmentation de la hauteur et de la densité, l’effet de perturbation devient plus significatif, améliorant l’augmentation du coefficient de transfert de chaleur, mais la réduction de traînée connaît une phase d’augmentation suivie d’une diminution, indiquant une hauteur et une densité optimales des dents. Dans les conditions étudiées avec un tube de diamètre extérieur de 7 mm et un nombre de Reynolds de 4500 à 9500, la hauteur optimale des dents est de 0,07 mm, les espacements optimaux des crêtes D₂ et P sont respectivement de 2,3 mm et 0,6 mm. Par rapport à un tube lisse, le tube interne avec dents de peau de requin atteint une réduction de traînée d’environ 3,0 % et une augmentation de la capacité de transfert de chaleur d’environ 8,0 %.

Dents biomimétiques de peau de requin; écoulement turbulent dans les tubes; transfert de chaleur par convection; réduction de traînée et amélioration de performance