Koelsystemen zijn over het algemeen afhankelijk van water dat door leidingen wordt gepompt om ongewenste warmte te verwijderen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van MIT en in Australië hebben een manier gevonden om de warmteoverdracht in dergelijke systemen te verbeteren door magnetische velden te gebruiken, een methode die hotspots kan voorkomen die tot systeemstoringen kunnen leiden. Het systeem kan ook worden toegepast om alles te koelen, van elektronische apparaten tot geavanceerde fusiereactoren, ze zeggen.

Het systeem, die berust op een suspensie van kleine deeltjes magnetiet, een vorm van ijzeroxide, wordt beschreven in de Internationaal tijdschrift voor warmte- en massaoverdracht , in een paper geschreven door MIT-onderzoekers Jacopo Buongiorno en Lin-Wen Hu, en vier anderen.

Hé, associate director van MIT's Nuclear Reactor Laboratory, zegt dat de nieuwe resultaten het resultaat zijn van meerdere jaren onderzoek naar nanovloeistoffen - nanodeeltjes opgelost in water. Het nieuwe werk omvatte experimenten waarbij de magnetiet-nanovloeistof door buizen stroomde en werd gemanipuleerd door magneten die aan de buitenkant van de buizen waren geplaatst.

de magneten, Hu zegt, "trek de deeltjes dichter bij het verwarmde oppervlak" van de buis, sterk verbeteren van de overdracht van warmte van de vloeistof, door de wanden van de buis, en in de buitenlucht. Zonder de magneten op hun plaats, de vloeistof gedraagt ​​zich net als water, zonder verandering in de koeleigenschappen. Maar met de magneten, de warmteoverdrachtscoëfficiënt is hoger, zegt ze - in het beste geval, ongeveer 300 procent beter dan met gewoon water. "We waren zeer verrast" door de omvang van de verbetering, zegt Hu.

Conventionele methoden om de warmteoverdracht in koelsystemen te vergroten, maken gebruik van kenmerken zoals vinnen en groeven op de oppervlakken van de pijpen, hun oppervlakte vergroten. Dat zorgt voor enige verbetering in warmteoverdracht, Hu zegt, maar lang niet zoveel als de magnetische deeltjes. Ook, fabricage van deze functies kan duur zijn.

De verklaring voor de verbetering van het nieuwe systeem, Hu zegt, is dat het magnetische veld ertoe leidt dat de deeltjes samenklonteren - mogelijk een kettingachtige structuur vormend aan de kant van de buis die zich het dichtst bij de magneet bevindt, de stroom daar verstoren, en het vergroten van de lokale temperatuurgradiënt.

Hoewel het idee al eerder is geopperd, het was nooit bewezen in actie, zegt Hu. "Dit is het eerste werk dat we kennen dat dit experimenteel aantoont, " ze zegt.

Een dergelijk systeem zou onpraktisch zijn voor toepassing op een volledig koelsysteem, ze zegt, maar kan nuttig zijn in elk systeem waar hotspots verschijnen op het oppervlak van koelleidingen. Een manier om daarmee om te gaan is door er een magnetische vloeistof in te doen, en magneten buiten de pijp naast de hotspot, om de warmteoverdracht op die plek te verbeteren.

"Het is een leuke manier om de warmteoverdracht te verbeteren, " zegt Buongiorno, een universitair hoofddocent nucleaire wetenschap en techniek aan het MIT. "Je kunt je voorstellen dat magneten op strategische locaties worden geplaatst, " en als dat elektromagneten zijn die aan en uit kunnen worden gezet, "wanneer je de koeling hoger wilt zetten, je draait de magneten omhoog, en daar een zeer lokale koeling krijgen."

Hoewel de warmteoverdracht op andere manieren kan worden verbeterd, zoals door simpelweg de koelvloeistof sneller door het systeem te pompen, dergelijke methoden verbruiken meer energie en verhogen de drukval in het systeem, wat in sommige situaties niet wenselijk is.

Er kunnen talloze toepassingen zijn voor een dergelijk systeem, Buongiorno zegt:"Je kunt denken aan andere systemen die niet per se systeembrede koeling nodig hebben, maar gelokaliseerde koeling." Bijvoorbeeld, microchips en andere elektronische systemen kunnen gebieden hebben die onderhevig zijn aan sterke verhitting. Nieuwe apparaten zoals "lab-on-a-chip"-microsystemen kunnen ook profiteren van dergelijke selectieve koeling, hij zegt.

Vooruit gaan, Buongiorno zegt, deze benadering kan zelfs nuttig zijn voor fusiereactoren, waar er "gelokaliseerde hotspots kunnen zijn waar de warmtestroom veel hoger is dan het gemiddelde."

Maar deze toepassingen blijven goed in de toekomst, zeggen de onderzoekers. "Dit is op dit moment een fundamentele studie, "zegt Buongiorno. "Het laat gewoon zien dat dit effect optreedt."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.