Inspirando-se no efeito de redução de arrasto da estrutura natural em sulcos formados na superfície da pele do tubarão, este artigo propõe uma estrutura biomimética de dentes da pele do tubarão e avalia seus efeitos no aumento da transferência de calor e redução de arrasto no escoamento monofásico dentro de tubos. Os dentes biomiméticos da pele do tubarão são compostos por cristas longitudinais elevadas na direção do fluxo principal e dentes auxiliares aerodinâmicos, dispostos de forma entrelaçada e ordenada na superfície interna do tubo, formando sulcos de fluxo regulares que limitam os vórtices próximos à parede dentro dos sulcos, impedindo a migração transversal dos vórtices de fluxo na parede, reduzindo a troca de momento causada por essa migração e, assim, alcançando o efeito de redução de arrasto. Além disso, os dentes atuam de forma eficaz para perturbar o fluxo, reforçando o efeito de transferência de calor convectiva na parede, o que eleva o coeficiente de transferência de calor. Os resultados mostram que os principais fatores que influenciam o efeito de redução de arrasto e melhoria eficiente dos dentes da pele do tubarão são a altura dos dentes e a densidade da disposição. Com o aumento da altura e densidade dos dentes, o efeito de perturbação torna-se mais significativo e o aumento do coeficiente de transferência de calor é reforçado, porém, o efeito de redução de arrasto passa por um processo de aumento seguido de diminuição, indicando que existe uma altura e densidade ótimas dos dentes. Nas condições do tubo estudado, com diâmetro externo de 7 mm e número de Reynolds no tubo de 4500 a 9500, a altura ótima dos dentes do tubarão é de 0,07 mm e os espaçamentos ótimos das cristas D₂ e P são 2,3 mm e 0,6 mm, respectivamente. Em comparação com o tubo liso, o tubo interno com dentes da pele de tubarão alcança uma redução de arrasto de cerca de 3,0% e um aumento na capacidade de transferência de calor de cerca de 8,0%.

Dentes biomiméticos da pele de tubarão; escoamento turbulento em tubos; transferência de calor por convecção; redução de arrasto e melhoria de eficiência