Una superficie cubierta de pequeñas cavidades redujo un 13,2 % la resistencia al flujo en simulaciones.
Estas cavidades, llamadas alvéolos, modifican la forma en que un fluido se desplaza junto a una pared. La idea recuerda a la superficie de una pelota de golf. Pero aquí, los investigadores buscan sobre todo disminuir la fricción en una superficie. Una forma mal elegida puede, de hecho, producir el efecto contrario y aumentar la resistencia.
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Para encontrar una geometría eficaz, el equipo varió cuatro características: la forma, la profundidad, el tamaño y el alargamiento de los alvéolos. El espacio estudiado contaba con 1 575 combinaciones posibles. Probar cada una con una simulación detallada habría requerido muchos cálculos. Por eso, los investigadores utilizaron un método de optimización que selecciona progresivamente las configuraciones más interesantes para probar.
Cada configuración seleccionada se evaluaba después mediante una simulación numérica de un flujo turbulento en un canal. El caudal se mantenía idéntico de un ensayo a otro. Así, los investigadores podían comparar el esfuerzo necesario para mantener ese flujo con el requerido por una pared perfectamente plana. Esta comparación proporciona el porcentaje de reducción de la resistencia.
La mejor configuración adopta la forma de cavidades romboidales, muy juntas entre sí y alargadas en la dirección del flujo. En las condiciones simuladas, reduce la resistencia total un 13,2 % con respecto a la superficie plana de referencia. Trabajos anteriores habían obtenido resultados considerablemente más modestos con otras geometrías.
Para comprender este resultado, hay que observar lo que ocurre justo encima de la pared. Con los mejores patrones, el fluido permanece adherido a la superficie y sigue unos recorridos próximos a ranuras. En cambio, algunas otras formas provocan pequeños desprendimientos locales. Estas zonas añaden entonces una resistencia relacionada con la presión y pueden anular la ganancia obtenida en la fricción.
Por tanto, la profundidad por sí sola no permite predecir si un alvéolo será beneficioso. La forma aparece como el parámetro con mayor influencia en el análisis de los investigadores. La proporción de superficie cubierta y el alargamiento también desempeñan un papel, pero su efecto depende de sus interacciones con las demás características geométricas.
El resultado no significa que un ala de avión recubierta mañana con estos alvéolos consumiría inmediatamente un 13,2 % menos. El estudio se centra en un flujo controlado en un canal numérico, elegido para aislar los fenómenos próximos a la pared. Un ala real se enfrenta a velocidades, curvaturas, variaciones de presión y condiciones externas diferentes.
Los autores prevén precisamente ampliar sus trabajos a flujos con otros regímenes de velocidad y escala. Una aplicación real también deberá tener en cuenta la fabricación, la durabilidad y la acumulación de suciedad en estos relieves. Estas limitaciones no se estudiaron en esta primera investigación.