Kylsystem är i allmänhet beroende av vatten som pumpas genom rör för att avlägsna oönskad värme. Nu, forskare vid MIT och i Australien har hittat ett sätt att förbättra värmeöverföringen i sådana system genom att använda magnetfält, en metod som skulle kunna förhindra hotspots som kan leda till systemfel. Systemet kan också användas för att kyla allt från elektroniska enheter till avancerade fusionsreaktorer, de säger.

Systemet, som förlitar sig på en slurry av små partiklar av magnetit, en form av järnoxid, beskrivs i International Journal of Heat and Mass Transfer , i en artikel medförfattare av MIT-forskarna Jacopo Buongiorno och Lin-Wen Hu, och fyra andra.

Hu, biträdande direktör för MIT:s kärnreaktorlaboratorium, säger att de nya resultaten är kulmen på flera års forskning om nanofluider - nanopartiklar lösta i vatten. Det nya arbetet involverade experiment där magnetitnanovätskan strömmade genom rör och manipulerades av magneter placerade på utsidan av rören.

Magneterna, Hu säger, "attrahera partiklarna närmare den uppvärmda ytan" av röret, avsevärt förbättra överföringen av värme från vätskan, genom rörets väggar, och ut i luften utanför. Utan magneterna på plats, vätskan beter sig som vatten, utan förändringar i dess kylningsegenskaper. Men med magneterna, värmeöverföringskoefficienten är högre, säger hon – i bästa fall, cirka 300 procent bättre än med vanligt vatten. "Vi blev mycket förvånade" över omfattningen av förbättringen, säger Hu.

Konventionella metoder för att öka värmeöverföringen i kylsystem använder funktioner som fenor och spår på ytorna av rören, öka sin yta. Det ger en viss förbättring av värmeöverföringen, Hu säger, men inte alls lika mycket som de magnetiska partiklarna. Också, tillverkning av dessa funktioner kan bli dyrt.

Förklaringen till förbättringen av det nya systemet, Hu säger, är att magnetfältet tenderar att få partiklarna att klumpa ihop sig – eventuellt bildar en kedjeliknande struktur på den sida av röret som är närmast magneten, stör flödet där, och öka den lokala temperaturgradienten.

Även om idén har föreslagits tidigare, det hade aldrig bevisats i praktiken, säger Hu. "Detta är det första verket vi känner till som demonstrerar detta experimentellt, " hon säger.

Ett sådant system skulle vara opraktiskt att applicera på ett helt kylsystem, hon säger, men kan vara användbar i alla system där hotspots uppträder på ytan av kylrör. Ett sätt att hantera det skulle vara att lägga i en magnetisk vätska, och magneter utanför röret bredvid hotspot, för att förbättra värmeöverföringen på den plats.

"Det är ett snyggt sätt att förbättra värmeöverföringen, säger Buongiorno, en docent i kärnkraftsvetenskap och teknik vid MIT. "Du kan föreställa dig magneter placerade på strategiska platser, " och om det är elektromagneter som kan slås på och av, "när du vill skruva upp kylningen, du skruvar upp magneterna, och få en mycket lokal kylning där."

Även om värmeöverföringen kan förbättras på andra sätt, genom att helt enkelt pumpa kylvätskan snabbare genom systemet, sådana metoder använder mer energi och ökar tryckfallet i systemet, vilket kanske inte är önskvärt i vissa situationer.

Det kan finnas många tillämpningar för ett sådant system, Buongiorno säger:"Du kan tänka på andra system som inte nödvändigtvis kräver systemomfattande kylning, men lokal kylning." Till exempel, mikrochips och andra elektroniska system kan ha områden som är utsatta för stark uppvärmning. Nya enheter som "lab on a chip" mikrosystem kan också dra nytta av sådan selektiv kylning, han säger.

Går framåt, Buongiorno säger, detta tillvägagångssätt kan till och med vara användbart för fusionsreaktorer, där det kan finnas "lokaliserade hotspots där värmeflödet är mycket högre än genomsnittet."

Men dessa applikationer förblir bra i framtiden, säger forskarna. "Detta är en grundläggande studie vid den punkten, " säger Buongiorno. "Det visar bara att den här effekten händer."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.