Basándose en el efecto de reducción de resistencia de la estructura ranurada formada naturalmente en la superficie de la piel del tiburón, este artículo propone una estructura biomimética de dientes de piel de tiburón y evalúa su efecto en la mejora de la transferencia de calor y la reducción de resistencia en el flujo monofásico dentro de un tubo. Los dientes biomiméticos de piel de tiburón están compuestos por aletas longitudinales elevadas en la dirección del flujo principal y dientes auxiliares aerodinámicos, dispuestos de forma entrelazada y ordenada en la superficie interior del tubo, formando ranuras de flujo regulares que restringen los vórtices cercanos a la pared dentro de las ranuras, evitando la migración transversal de los vórtices de flujo en la pared, disminuyendo el intercambio de momento causado por dicha migración y logrando así una reducción de resistencia. Además, los dientes funcionan eficazmente como generadores de turbulencia, aumentando la convección de transferencia de calor en la pared y mejorando el coeficiente de transferencia de calor. Los resultados muestran que los factores principales que afectan la reducción de resistencia y la mejora son la altura y la densidad de disposición de los dientes. Con el aumento de la altura y densidad, la perturbación se vuelve más significativa y la mejora en el coeficiente de transferencia de calor se intensifica, pero la reducción de resistencia experimenta un proceso de aumento seguido de una disminución, por lo que existe una altura y densidad óptimas. Bajo las condiciones del tubo estudiado con un diámetro exterior de 7 mm y un número de Reynolds de 4500 a 9500, la altura óptima del diente es de 0.07 mm, y los espacios óptimos entre las aletas D₂ y P son 2.3 mm y 0.6 mm respectivamente. En comparación con el tubo liso, el tubo interior con dientes de piel de tiburón alcanza una reducción de resistencia de alrededor del 3.0% y una mejora en la capacidad de transferencia de calor de alrededor del 8.0%.

Dientes biomiméticos de piel de tiburón; flujo turbulento en tubos; transferencia de calor por convección; reducción de resistencia y mejora de eficiencia