Основываясь на эффекте снижения сопротивления, вызванного естественно образованной гребенчатой структурой поверхности кожи акулы, в этой статье предложена био-вдохновленная структура зубцов кожи акулы и оценены её усиление теплопередачи и снижение сопротивления при однофазном потоке внутри трубы. Биомиметические зубцы кожи акулы состоят из выступающих продольных ребер вдоль направления основного потока и обтекаемых прилегающих зубцов, которые расположены на внутренней поверхности трубы в шахматном порядке, образуя упорядоченные каналы потока. Это позволяет ограничить турбулентные вихри у стенки внутри каналов, предотвращая их поперечное перемещение и уменьшая обмен импульсом, вызванный этим перемещением, что приводит к снижению сопротивления. Кроме того, зубцы эффективно вызывают завихрения потока, усиливая конвективный теплообмен у стенки, что повышает коэффициент теплопередачи. Результаты показывают, что основными факторами, влияющими на снижение сопротивления и повышение эффективности, являются высота зубцов и плотность их расположения. По мере увеличения этих параметров эффект завихрения усиливается, повышая коэффициент теплопередачи, однако снижение сопротивления сначала усиливается, а затем ослабевает, что указывает на наличие оптимальной высоты зубцов и плотности расположения. При исследовании на трубе с внешним диаметром 7 мм и числе Рейнольдса от 4500 до 9500 оптимальная высота зубцов составляет 0,07 мм, а оптимальные расстояния между ребрами D₂ и P равны 2,3 мм и 0,6 мм соответственно. По сравнению с гладкой трубой, внутренняя труба с зубцами кожи акулы достигает снижения сопротивления примерно на 3,0% и повышения тепловой способности примерно на 8,0%.

Биомиметические зубцы кожи акулы; турбулентное течение внутри трубы; конвективный теплообмен; снижение сопротивления и повышение эффективности