Investigación sobre el rendimiento aerodinámico de álabes de ventilador biónicos con superficie microestructurada

Área de la Ciencia:

• Mecánica de Fluidos
• Aerodinámica
• Biónica

Sus antecedentes:

• La resistencia por fricción en los álabes de la maquinaria del impulsor impacta significativamente la eficiencia.
• Las microestructuras inspiradas en la piel de tiburón ofrecen un enfoque prometedor para la reducción de la resistencia.
• La fabricación de microestructuras en superficies curvas 3D presenta desafíos de ingeniería.

Objetivo del estudio:

• Investigar las leyes de reducción de la resistencia para superficies de microcanales biónicos en ventiladores pequeños de flujo axial.
• Determinar las dimensiones óptimas para las microestructuras biónicas en las superficies de los álabes del ventilador.
• Mejorar el rendimiento aerodinámico y la eficiencia a través de la ingeniería de superficies biomiméticas.

Principales métodos:

• Diseño de Experimentos (DOE) combinado con simulación numérica de alta precisión.
• Se utilizaron simulaciones en estado estacionario (modelo k-ω, simpleFoam) y transitorias (Simulación de Grandes Remolinos, pimpleFoam, WALE).
• Se fabricaron superficies microestructuradas utilizando un proceso de recubrimiento en aerosol basado en datos de placas planas acanaladas.

Principales resultados:

• Las dimensiones de los microcanales (altura adimensional h+, anchura s+) en el rango de 8,50-29,75 lograron una reducción efectiva de la resistencia.
• Los álabes de ventilador biónicos mostraron una reducción significativa del consumo de potencia del eje.
• La eficiencia de presión estática aumentó un 2,33 % (microhoyuelos) y un 3,46 % (microcanales).

Conclusiones:

• Las superficies biónicas microestructuradas reducen eficazmente la resistencia y mejoran el rendimiento aerodinámico de los ventiladores de flujo axial.
• El método de fabricación propuesto de recubrimiento en aerosol facilita la aplicación de ingeniería de la tecnología biónica de reducción de resistencia.
• Esta investigación proporciona un camino para mejorar la eficiencia de la maquinaria de turbinas a través de la biomimética.