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Elements de conception pour waterblocks - Page 12/13

Rédigé par David D. - 22/08/2003
Catégorie : Watercooling



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Etudes de cas et optimisation (suite)

Le deuxième bloc est un Swiftech MCW462-B qui a été moddé par BillA pour apprécier le changement. Le bloc est l'un des plus vieux de chez Swiftech et le plus basique qui soit, à savoir une simple plaque de 6 mm d'épaisseur, un couvercle plein de vide et un impact juste au dessus du core :

Plusieurs cas ont été traités dans l'optimisation :

  • le cas 1 a été de remplacer les 2 embouts à 90° de diamètre interne 5 mm par des embouts cannelés droits avec un diamètre interne de 8.7 mm
  • le cas 2 a été d'améliorer le niveau de turbulence sous l'impact en dégradant l'état de la surface
  • le cas 3 a été de changer l'embout d'entrée par un embout avec un diamètre raccord interne de 7 mm pour accélérer le jet

La dégradation de la base a été obtenue en faisant plein de trous juste à l'endroit où le jet vient s'écraser. D'une part, ça augmente la surface mouillée, et d'autre part ça perturbe énormément l'écoulement qui devient plus turbulent et donc meilleur pour l'échange thermique. A droite, la base qui a été martelée avec un pointeau. Malgré la base de 6 mm, les pointages effectués ont rendu la base un peu convexe (visualisation par interférométrie avant/après) et il a fallu la re-polir par la suite donc attention si vous faites ce genre de manipulation. On peut éviter çà en faisant des amorces de trous avec un foret (technique sans chocs), mais il n'est pas certain que ce soit aussi performant.

Chaque cas est ensuite testé un par un sur le banc de test pour relever les améliorations. Tout d'abord les pertes de charges (PDC) des différents cas sont évaluées. Le cas 1 et le cas 2 sont presque identiques, la base "endommagée" n'ajoute qu'une partie infime de pertes de charges :

On note que le bloc originel avec les 2 embouts coudés PnC est celui qui casse le plus le débit sans rien apporter en performances ! Si l'on trace de tête la courbe de pompe d'une EHEIM 1048 par exemple, le bloc originel tout seul ne laissera passer que 240 L/h sur les 600 L/h maximum, en ajoutant le reste du circuit ce débit s'écroule encore. Les cas 1 et 2 sont bien moins pénalisants à ce niveau puisque les embouts droits plus gros permettent au fluide de beaucoup mieux passer. Le cas 3 charge un peu plus puisque l'embout d'entrée passe à 7 mm interne au lieu de 8.7 mm (la sortie reste en 8.7 mm). Maintenant qu'on connaît leurs PDC respectives on peut s'attacher à connaître leurs C/W :

Les embouts droits en 1/2" vont nous servir de cas de référence. Le cas 2 (base améliorée) diminue la Rth de 0.01 à 0.02 °C/W suivant le débit, donc 1° à 2° de mieux pour 100 W réels dissipés ce qui est déjà pas mal du tout compte tenu du faible travail à fournir sur la base ! L'impact est un peu plus efficace grâce à ces petits défauts de surface qui génèrent plus de remous et de turbulence. Le cas 3 est encore un peu mieux de 0.015 °C/W environ, le diamètre d'entrée plus faible permet d'avoir un jet plus rapide et donc une meilleure efficacité au niveau de l'impact. On gagne en tout environ 2-3 °C pour 100 W en réalisant 2 petites manipulations accessibles à tout le monde. Ca n'est quand même pas rien sur une augmentation globale entre le core et l'eau de 10 à 15 °C en temps normal !

On pourrait se dire qu'il n'y a qu'à mettre un diamètre d'entrée de 4 mm de diamètre par exemple pour booster les performances, oui mais non car les pertes de charges vont grimper très vite et donc, pour une même pompe, le débit sera nettement moindre et le jet moins rapide donc on y perdra. C'est l'une des raisons pour laquelle le C/W est indissociable des pertes de charges. Il faut regarder les 2 graphes en même temps pour savoir lequel est mieux dans l'absolu. Un graphe du C/W en fonction des pertes de charges permet de voir cela très bien :

Il faut privilégier le bloc qui donne la Rth la plus basse avec les pertes de charges les plus basses possibles pour éviter d'avoir à mettre une pompe très puissante pour lutter contre les PDC. La pente nous donne aussi une indication de la réactivité du bloc face au débit et s'il est utile de prendre une pompe plus puissante. Si la courbe devient très vite plane cela signifie que malgré le débit le bloc ne sera pas tellement meilleur. Au contraire, si elle descend assez vite le gain peut être intéressant sans avoir beaucoup plus de PDC suivant les cas. Les Eheim, par exemple, ne donnent pas beaucoup de pression et se retrouvent directement amputée d'une grosse partie de leur débit maximum lors de la mise en place du circuit, contrairement aux pompes Iwaki qui peuvent fournir une pression bien plus élevée pour maintenir le débit admissible plus près du débit maximum.

Mieux vaut prendre une pompe qui fait 600 L/h maxi avec 6 mH2O de pression maxi qu'une pompe qui fait 1200 L/h avec 2 mH2O maxi. Sur le banc d'essais de Bill Adams le débit est imposé, la pompe est très puissante (Iwaki MD-70RLZ pour 2700L/h max et 20 mH20 de colonne max). Cela permet de faire passer de forts débits même dans des blocs qui résistent fort au passage du flux d'eau. Cela permet de connaître le bloc sur une large plage de débit pour satisfaire à toutes les exigences.

Cela a permis à la firme Swiftech d'améliorer un peu les modèle suivants qui sont sortis, le MCW462-U et MCW462-UH qui reprends l'idée de la base recouverte d'aspérités et la sortie du jet est plus rapproché de la base pour optimiser celui-ci :

Il y a des choses à éviter avec les blocs qui ressemble au Swiftech. Je prends l'exemple de l'Atlantis (ci-contre) qui n'est pas très performant avec sa fine base, sa surface ridicule (7 petites ailettes dans un espace vide) et un embout central de diamètre interne 10.5 mm. Le jet occasionné est tellement gros qu'il est lent et il faut injecter un débit très élevé (> 600 L/h) pour qu'il soit au niveau des autres blocs testés avec un débit 5 fois moindre. Un si gros jet n'est pas capable d'absorber assez efficacement la chaleur qu'un plus petit à grande vitesse. Résultat, la chaleur ne peut pas s'étaler et la température dans la base est obligé de grimper pour compenser la faible qualité de l'écoulement. Le débit c'est bien, mais la vitesse c'est mieux ici.

Heureusement que ce bloc possède un très faible PDC pour permettre un débit admissible assez grand mais si votre pompe fait 600 L/h, le débit dans le circuit complet tournera autour des 300 L/h suivant les composants et les performances seront donc assez mauvaises avec ce bloc. Bref, un bloc pas du tout conçu pour donner des performances intéressantes à "débit normal" ou alors y faut avoir une sacrée pompe derrière... Pour un bloc sans impact par contre les embouts les plus gros possibles sont préférables pour ne pas brider inutilement le débit dans le circuit. Les différences entre les embouts ne sont pas forcément grandes donc suivant le reste du circuit il vaut mieux prendre un embout plus petit adapté à ses tuyaux plutôt qu'un réducteur qui sera pire en terme de PDC.

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