Projeto biomimético
A indústria automotiva vai muito bem na eletrificação dos veículos, mas a eletrificação da aviação ainda tem uma lista de desafios a vencer para viabilizar os aviões elétricos de grande porte.
Mas há caminhos alternativos para livrar a aviação da pegada ambiental atual. Por exemplo, as aeronaves poderão passar a usar combustíveis mais densos em energia, como o hidrogênio. A questão é que aqui também há desafios, como projetar novos motores aeronáuticos para converter esse combustível em empuxo.
Um componente essencial de qualquer motor aeronáutico a hidrogênio é o trocador de calor, um dispositivo que regula o fluxo de energia térmica entre o ar e o combustível.
Chenming Zheng e colegas da Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Nanjim, na China, enfrentaram esse desafio usando a biomimética, a imitação de soluções da natureza para problemas similares.
Neste caso, a equipe projetou e testou uma aleta para o trocador de calor de um motor aeronáutico inspirando-se na asa de um falcão-peregrino.
“O falcão-peregrino apresenta as maiores velocidades de voo e mergulho conhecidas entre todas as aves na natureza, e a estrutura aerodinâmica única da sua asa permite baixa resistência durante o voo,” justificou o professor Wenlei Lian.
Ganhos substanciais
Utilizando modelagem numérica e simulação computacional, a equipe projetou uma aleta utilizando o mesmo formato aerodinâmico da asa do falcão. As simulações mostraram que a asa gera fortes vórtices localizados que reduzem a resistência ao fluxo de ar, mantendo um forte desempenho na transferência de calor.
O projeto reduziu a queda de pressão por unidade de comprimento em até 18,2% e diminuiu o fator de atrito em até 10,7% em escoamentos instáveis e turbulentos.
É uma melhoria substancial, o que levou os pesquisadores a decidir continuar desenvolvendo e testando novas variações do projeto em sistemas cada vez mais integrados.
“Na próxima etapa, planejamos construir um sistema experimental de fluxo e transferência de calor com trocador de calor de microcanais baseado em hidrogênio supercrítico,” anunciou Lian. “Com base nisso, prosseguiremos com o projeto e a fabricação de trocadores de calor completos de alto desempenho.”
Bibliografia:
Artigo: Flow and heat transfer performance of hydrogen in printed circuit heat exchanger based on Peregrine Falcon bionic fins
Autores: Chenming Zheng, Zhiwei Wu, Yuanbo Liu, Yimin Li, Wenlei Lian
Revista: Physics of Fluids
DOI: 10.1063/5.0287964