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Opération 31 : Intensification des transferts de chaleur par l’usage de nanofluides magnétiques

Auteurs : Wahid Cherief et Sébastien Ferrouillat

Les transferts thermiques et le contrôle de la température jouent un rôle central dans de nombreux procédés industriels. Ainsi, de nombreux dispositifs d’intensification ont été développés en optimisant par exemple les paramètres géométriques des échangeurs de chaleur afin de modifier et contrôler l’écoulement du fluide caloporteur. Cependant, suite aux avancées technologiques dans de multiples domaines, les densités de flux de chaleur à évacuer ou à apporter sont de plus en plus importantes et nécessitent, par conséquent, l’émergence de nouvelles techniques d’intensification des transferts thermiques.

Le laboratoire du LEGI, en collaboration avec le G2ELab et le LRP de Grenoble, travaille sur l’amélioration des performances thermo-hydrauliques du fluide caloporteur par l’usage de nanofluides magnétiques (ou ferrofluides). Les ferrofluides sont des solutions colloïdales stables contenant des particules magnétiques de tailles nanométriques en suspension dans un liquide caloporteur. L’introduction de nanoparticules dans le fluide permet d’en augmenter la conductivité thermique mais accroit également sensiblement la viscosité et par conséquent la puissance de pompage à fournir au système. Le développement d’un nanofluide requiert donc une approche globale dans laquelle l’influence des propriétés thermophysiques devra être optimisée. De plus, pour des nanoparticules magnétiques, des travaux montrent de nettes améliorations des propriétés thermiques des ferrofluides en présence d’un champ magnétique.

Les travaux de thèse de Wahid Cherief (2015) ont permis de caractériser les performances thermo-hydrauliques de différents ferrofluides soumis à un champ magnétique. La figure présente les résultats expérimentaux obtenus sur le ferrofluide commercial WHJS1-B, produit par Liquidresearch, qui est une suspension colloïdale à 10% de fraction volumique de nanoparticules de Fe3O4 au sein d’un fluide caloporteur à base de kérosène. Il apparait une amélioration spectaculaire des transferts de chaleur (caractérisés par le coefficient d’échange convectif) lorsque le ferrofluide est soumis à un champ magnétique sans pour autant augmenter significativement la puissance de pompage.

Influence d’un ferrofluide sous champ magnétique sur les transferts thermiques