Система, которая полагается на жидкий раствор крошечных частиц магнетита, формы окиси железа, описана в Международном журнале Теплопередачи и Перемещения массы в газете, созданной в соавторстве исследователями MIT Якопо Буонджорно и Лин-Вэнь Ху и четырьмя другими.Ху, заместитель директора Ядерной Реакторной Лаборатории MIT, говорит, что новые результаты – кульминация нескольких лет исследования в области наножидкостей – наночастицы, расторгнутые в воде. Новая включенная работа экспериментирует, куда наножидкость магнетита текла через трубы и управлялась магнитами, помещенными за пределами труб.
Магниты, Ху говорит, «привлеките частицы ближе на горячую поверхность» трубы, значительно увеличив передачу тепла от жидкости, через стены трубы, и во внешний воздух. Без магнитов в месте жидкость ведет себя точно так же, как вода без изменения в ее свойствах охлаждения. Но с магнитами, коэффициент теплопередачи выше, она говорит – в лучшем случае, приблизительно на 300 процентов лучше, чем с простой водой. «Мы были очень удивлены» величиной улучшения, говорит Ху.
Обычные методы, чтобы увеличить теплопередачу в системах охлаждения используют особенности, такие как плавники и углубления на поверхностях труб, увеличивая их площадь поверхности. Это обеспечивает некоторое улучшение теплопередачи, Ху говорит, но совсем не так же как магнитные частицы. Кроме того, фальсификация этих особенностей может быть дорогой.Объяснение улучшения новой системы, Ху говорит, состоит в том, что магнитное поле имеет тенденцию заставлять частицы наносить удар вместе – возможно формирование подобной цепи структуры на стороне трубы, самой близкой к магниту, разрушение потока там и увеличение местного температурного градиента.
В то время как идея была предложена прежде, это никогда не доказывалось в действии, говорит Ху. «Это – первая работа, которую мы знаем этого, демонстрирует это экспериментально», говорит она.Такая система была бы непрактична для применения ко всей системе охлаждения, она говорит, но могла быть полезной в любой системе, где горячие точки появляются на поверхности охлаждающихся труб.
Один способ иметь дело с этим состоял бы в том, чтобы вставить магнитную жидкость и магниты вне трубы рядом с горячей точкой, чтобы увеличить теплопередачу в том пятне.«Это – опрятный способ увеличить теплопередачу», говорит Буонджиорно, адъюнкт-профессор ядерной науки и разработки в MIT. «Вы можете вообразить магниты помещенными в стратегически важные точки», и если те – электромагниты, которые могут быть включены и выключены, «когда Вы хотите поднять охлаждение, Вы поднимаете магниты и получаете очень локализованное охлаждение там».
В то время как теплопередача может быть увеличена другими способами, такой как, просто качая охлаждающуюся жидкость через систему быстрее, такие методы используют больше энергии и увеличиваются, давление заглядывают системе, которая может не быть желательной в некоторых ситуациях.Могли быть многочисленные заявления на такую систему, Буонджиорно говорит: «Вы можете думать о других системах, которые требуют не обязательно общесистемного охлаждения, но локализованного охлаждения». Например, у чипов и других электронных систем могут быть области, которые подвергаются сильному нагреванию.
Новые устройства, такие как «лаборатория на чипе» микросистемы могли также извлечь выгоду из такого отборного охлаждения, говорит он.Продвижение, Буонджиорно говорит, этот подход мог бы даже быть полезен для реакторов сплава, где могут быть «локализованные горячие точки, где тепловой поток намного выше, чем среднее число».Но эти заявления остаются хорошо в будущем, говорят исследователи. «Это – основное исследование в пункте», говорит Буонджиорно. «Это просто показывает, что этот эффект происходит».Команда также включала Томаса Маккрелла, исследователя в Отделе MIT Ядерной Науки и Разработки, и Elham Doroodchi, Бедада Могтадери и Резы Азизиэна из Университета Ньюкасла в Австралии.
Работа была поддержана Университетом Ньюкасла, Granite Power Ltd., австралийским Научным советом и Университетом короля Сауда в Саудовской Аравии.