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Waterblocks protos à mini-canaux - Page 2/13

Rédigé par David D. - 04/05/2004
Catégorie : Watercooling



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Variantes et intérêts

Compte tenu du matériel d'usinage très complet à disposition, il aurait été idiot de ne pas créer au moins une variante simple à partir de la version à ailettes droites pour pouvoir les comparer. L'amélioration la plus simple à réaliser est un recoupage des ailettes à 90° pour en faire des picots. La surface mouillée reste absolument identique dans notre cas car la largeur du recoupage est égal à la l'épaisseur de l'ailette. Ce que l'on perd en surface sur la face plane des ailettes, on le retrouve par la création de 2 nouvelles surfaces à 90° (schéma ci-contre). Ces pointes seront faites sur les versions en 0.5 et 0.3 mm, elles auront donc un volume de 0.5*0.5*4 mm et 0.3*0.3*4 mm. Autant dire qu'elles sont très fragiles et qu'elles se déforment vite au moindre choc.

Il existe de nombreuses études scientifiques/universitaires qui se penchent sur le problème de l'efficacité de ce genre de structures, en fonction des ratios géométriques, pour concevoir des échangeurs de chaleur les plus performants possibles suivant les contraintes imposées. En fonction de ce que l'on souhaite minimiser ou maximiser (performance pures, puissance de la pompe, pertes de charges...), telle ou telle structure sera plus adaptée car elles ont chacune leur point fort. En ce qui nous concerne, et avec le moyen d'usinage employé (décrit dans la suite), nous serons très limité dans le choix de cette optimisation. Celles que l'on rencontre le plus souvent pour améliorer un transfert thermique sont celles-ci :

Les ailettes droites font partie des solutions les moins performantes du point de vue thermique pour des raisons de couche limite, et oui toujours elle qui nous embête... Les designs en quinquonce (staggered) sont en général meilleurs que les designs en ligne (inline) mais au prix de pertes de charges plus importantes. En effet, on ne peut pas tout avoir en même temps malheureusement car si les ailettes droites offrent les pertes de charges minimales, leur efficacité thermique figure parmi les pires designs. Au contraire, un design "stagerred square" offrira un transfert nettement meilleur mais des pertes de charges beaucoup plus élevées à cause de l'obstruction du passage pour le fluide.

En règle générale, les géométries qui procurent les plus hauts coefficients de transfert thermique sont aussi celles qui procurent les pertes de charges les plus importantes. Il est relativement difficile d'étudier ce genre de choses car le problème devient vite complexe si l'on fait varier beaucoup de paramètres de forme en même temps. Les simulations numériques offrent la possibilité de faire des études paramétriques sur un grand nombre de facteurs et de designs différents de manière presque automatique pour aider à la recherche du meilleur design possible.

Il est aisé de comprendre qu'un écoulement le long de canaux tout droits ne sera pas perturbé le long de sa traversée. A partir d'une certaine distance de l'entrée du canal, l'écoulement sera entièrement développé et prendra son profil et sa vitesse de "croisière" avec une couche limite qui aura une épaisseur définie. C'est là où un design en quinconce, ou présentant des discontinuités sur les surfaces (inline square), devient intéressant. Ces ruptures de surfaces vont faire décrocher le fluide de la paroi, interrompre le développement de la couche limite en formation et provoquer la naissance d'une nouvelle couche limite à chaque arête que le fluide va rencontrer. On a déjà vu, dans les précédents articles, que le coefficient d'échange thermique h est directement lié à l'épaisseur de cette couche limite (h grand si CL petite et inversement), or à chaque arête celle-ci recommence son développement à partir d'une épaisseur nulle ! On obtient donc un h beaucoup plus élevé dans cette nouvelle couche limite en formation que dans une couche limite déjà établie dans un canal. Le transfert thermique est donc bien meilleur sur les surfaces qui engendrent ces développements périodiques de couche limite. La température des ailettes se rapproche de la température du fluide et donc la température de la base en contact avec le core diminue également.

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