Les systèmes de refroidissement reposent généralement sur l'eau pompée dans des tuyaux pour éliminer la chaleur indésirable. Maintenant, des chercheurs du MIT et en Australie ont trouvé un moyen d'améliorer le transfert de chaleur dans de tels systèmes en utilisant des champs magnétiques, une méthode qui pourrait empêcher les points chauds pouvant entraîner des défaillances du système. Le système pourrait également être appliqué au refroidissement de tout, des appareils électroniques aux réacteurs de fusion avancés, ils disent.

Le système, qui repose sur une suspension de minuscules particules de magnétite, une forme d'oxyde de fer, est décrit dans le Journal international du transfert de chaleur et de masse , dans un article co-écrit par les chercheurs du MIT Jacopo Buongiorno et Lin-Wen Hu, et quatre autres.

Hu, directeur associé du Laboratoire des réacteurs nucléaires du MIT, affirme que les nouveaux résultats sont l'aboutissement de plusieurs années de recherche sur les nanofluides, des nanoparticules dissoutes dans l'eau. Le nouveau travail impliquait des expériences où le nanofluide de magnétite coulait à travers des tubes et était manipulé par des aimants placés à l'extérieur des tubes.

Les aimants, Hu dit, "attirer les particules au plus près de la surface chauffée" du tube, améliorant considérablement le transfert de chaleur du fluide, à travers les parois du tube, et dans l'air extérieur. Sans les aimants en place, le fluide se comporte comme de l'eau, sans modification de ses propriétés de refroidissement. Mais avec les aimants, le coefficient de transfert de chaleur est plus élevé, dit-elle - dans le meilleur des cas, environ 300 pour cent mieux qu'avec de l'eau plate. "Nous avons été très surpris" par l'ampleur de l'amélioration, dit Hu.

Les méthodes conventionnelles pour augmenter le transfert de chaleur dans les systèmes de refroidissement utilisent des caractéristiques telles que des ailettes et des rainures sur les surfaces des tuyaux, augmenter leur superficie. Cela fournit une certaine amélioration du transfert de chaleur, Hu dit, mais pas autant que les particules magnétiques. Aussi, la fabrication de ces caractéristiques peut être coûteuse.

L'explication de l'amélioration du nouveau système, Hu dit, est que le champ magnétique a tendance à faire s'agglutiner les particules, formant éventuellement une structure en forme de chaîne sur le côté du tube le plus proche de l'aimant, perturber le flux là-bas, et l'augmentation du gradient de température local.

Bien que l'idée ait déjà été suggérée, il n'avait jamais été prouvé en action, dit Hu. "C'est le premier travail à notre connaissance qui démontre cela expérimentalement, " elle dit.

Un tel système serait peu pratique pour une application à un système de refroidissement complet, elle dit, mais pourrait être utile dans tout système où des points chauds apparaissent à la surface des tuyaux de refroidissement. Une façon de gérer cela serait de mettre dans un fluide magnétique, et des aimants à l'extérieur du tuyau à côté du hotspot, pour améliorer le transfert de chaleur à cet endroit.

« C'est un excellent moyen d'améliorer le transfert de chaleur, " dit Buongiorno, professeur agrégé de science et d'ingénierie nucléaires au MIT. « Vous pouvez imaginer des aimants placés à des endroits stratégiques, " et si ce sont des électro-aimants qui peuvent être allumés et éteints, « quand vous voulez activer le refroidissement, tu montes les aimants, et y obtenir un refroidissement très localisé."

Bien que le transfert de chaleur puisse être amélioré par d'autres moyens, comme en pompant simplement le fluide de refroidissement à travers le système plus rapidement, de telles méthodes utilisent plus d'énergie et augmentent la chute de pression dans le système, ce qui peut ne pas être souhaitable dans certaines situations.

Il pourrait y avoir de nombreuses applications pour un tel système, Buongiorno déclare :« Vous pouvez penser à d'autres systèmes qui ne nécessitent pas nécessairement un refroidissement à l'échelle du système, mais refroidissement localisé." Par exemple, les puces électroniques et autres systèmes électroniques peuvent avoir des zones soumises à un fort échauffement. De nouveaux dispositifs tels que les microsystèmes "lab on a chip" pourraient également bénéficier d'un tel refroidissement sélectif, il dit.

Aller de l'avant, Buongiorno dit, cette approche pourrait même être utile pour les réacteurs à fusion, où il peut y avoir des « points chauds localisés où le flux de chaleur est bien supérieur à la moyenne ».

Mais ces applications restent bien dans le futur, disent les chercheurs. « Ceci est une étude de base au point, " Buongiorno dit. "Cela montre juste que cet effet se produit."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.