Um método proposto para aprimorar as características térmicas de superfícies microtexturizadas bioinspiradas para aplicações no setor de energia

Resumo A pesquisa envolve a geração de superfícies texturizadas usando micro-usinagem por descarga eletrodo (µ-WEDM) para controlar as camadas de limite, a força de arrasto e a transferência de calor durante o fluxo de fluídos sobre as superfícies texturizadas. A análise numérica do arrasto experimentado pelo ar, fluindo sobre as superfícies microtexturizadas, é inicialmente realizada utilizando um código de Simulação de Grandes Vórtices (LES), Hydro3D, simulando o fluxo turbulento sobre as superfícies texturizadas. Isso é seguido pela fabricação de quatro geometrias de microtextura em espécimes de aço inoxidável via µ-WEDM e sua caracterização usando um perfilador óptico 3D. Experimentos de perfil de velocidade são então realizados nas micro-geometrias em diferentes ângulos de ação em relação à direção do fluxo de ar para analisar a redução do arrasto e a espessura da camada de limite. E, finalmente, experimentos de transferência de calor são realizados em uma câmara de condensação para avaliar o diferencial de temperatura da superfície (ΔTs) durante a mudança de fase do material. Os resultados demonstram que a abordagem numérica é confiável para simular o fluxo de ar sobre as superfícies microtexturizadas ao resolver as equações de Navier–Stokes. Os experimentos de perfil de velocidade exibem menor força de arrasto (de 6,9 a 16,9%) nas superfícies microtexturizadas como resultado da diminuição do estresse de cisalhamento da parede e da espessura da camada de limite. As superfícies texturizadas também ajudam a melhorar a transferência de calor durante a condensação, devido a diferenciais de temperatura de superfície 8,6–25,7% mais altos (ΔTs), fluxos de calor (q) e coeficientes de transferência de calor por condensação (h), quando comparados às superfícies não texturizadas.