Uma superfície coberta de pequenas cavidades reduziu em 13,2% a resistência ao escoamento em simulações.
Essas cavidades, chamadas alvéolos, modificam a forma como um fluido se desloca nas proximidades imediatas de uma parede. A ideia lembra a superfície de uma bola de golfe. Mas, neste caso, os pesquisadores buscam principalmente diminuir o atrito em uma superfície. Uma forma mal escolhida pode, aliás, produzir o efeito inverso e aumentar a resistência.
Imagem ilustrativa Pixabay
Para encontrar uma geometria eficaz, a equipe variou quatro características: a forma, a profundidade, o tamanho e o alongamento dos alvéolos. O espaço estudado contava com 1.575 combinações possíveis. Testar cada uma com uma simulação detalhada exigiria muitos cálculos. Por isso, os pesquisadores utilizaram um método de otimização que escolhe progressivamente as configurações mais interessantes para testar.
Cada configuração selecionada era então avaliada por meio de uma simulação numérica de um escoamento turbulento em um canal. A vazão permanecia idêntica de um teste para outro. Assim, os pesquisadores podiam comparar o esforço necessário para manter esse escoamento com o exigido por uma parede perfeitamente plana. É essa comparação que fornece a taxa de redução do arrasto.
A melhor configuração tem a forma de cavidades em losango, dispostas bem próximas umas das outras e alongadas no sentido do escoamento. Nas condições simuladas, ela reduz o arrasto total em 13,2% em relação à superfície plana de referência. Trabalhos anteriores haviam obtido resultados significativamente mais modestos com outras geometrias.
Para entender esse resultado, é preciso observar o que acontece logo acima da parede. Com os melhores padrões, o fluido permanece aderido à superfície e segue passagens semelhantes a ranhuras. Algumas outras formas, ao contrário, provocam pequenos descolamentos locais. Essas zonas acrescentam uma resistência relacionada à pressão e podem anular o ganho obtido com a redução do atrito.
A profundidade, por si só, não permite prever se um alvéolo será benéfico. A forma aparece como o parâmetro de maior influência na análise dos pesquisadores. A proporção da superfície coberta e o alongamento também desempenham um papel, mas seu efeito depende das interações com as outras características geométricas.
O resultado não significa que uma asa de avião revestida amanhã com esses alvéolos consumiria imediatamente 13,2% menos. O estudo trata de um escoamento controlado em um canal numérico, escolhido para isolar os fenômenos próximos à parede. Uma asa real enfrenta velocidades, curvaturas, variações de pressão e condições externas diferentes.
Os autores planejam justamente ampliar seus trabalhos para escoamentos em outros regimes de velocidade e escala. Uma utilização real também deverá levar em conta a fabricação, a durabilidade e o acúmulo de sujeira nesses relevos. Essas restrições não foram estudadas nesta primeira pesquisa.