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Zalman Reserator 1 - Page 3/7

Rédigé par David D. - 09/07/2004
Catégorie : Watercooling



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Fonctionnement physique

Le Reserator est un système passif : il utilise la convection dite naturelle pour dissiper la chaleur. Cette convection se fait sans l'aide de dispositif mécanique tel qu'un ventilateur pour mettre l'air en mouvement contrairement à la convection forcée. C'est intéressant du point de vue silence et énergie nulle à dépenser, mais c'est ce qu'il y a de moins performant évidemment...

L'air va se mettre en mouvement tout seul suite aux changements de densité qui vont avoir lieu près de la paroi du réservoir. En effet, la paroi va céder sa chaleur à l'air qui devient alors plus léger car sa masse volumique diminue. C'est le même principe qu'une montgolfière qui s'élève grâce à l'air chaud. Ici la mise en mouvement est très faible car la différence de température entre l'air et la paroi ne sera pas très élevée mais elle existe. Ce déplacement très lent conduit à un réchauffement important de l'air qui empêche les parois de descendre sous sa température locale évidemment.

Avec un radiateur ventilé, on renouvelle vite l'air autour des ailettes pour l'empêcher de trop se réchauffer, ce qui aurait pour conséquence d'augmenter aussi la température des ailettes. La disposition géométrique du réservoir facilite ici le développement du profil de vitesse de l'air entre les ailettes puisqu'il est aligné à la vertical. Le flux d'air n'est donc pas entravé ou confiné dans son ascension. Ci-contre, figure une photo de la convection naturelle qui s'établit autour d'un cylindre chauffé, prise par interférométrie où chaque frange représente une température bien définie. Il se passe à peu près la même chose sur le Reserator.

L'échange thermique qui se produit à la paroi est régi par la loi de convection générale explicitée ci-dessous :

Q = h x S x (T°paroi - T°air)
  • Q = puissance à dissiper en W
  • h = coefficient de convection à la paroi qui traduit l'efficacité de l'échange en W/m2·K
  • S = surface de contact avec l'air en m2
  • T°paroi et T°air = températures de paroi et de l'air en °C

Plus h est élevé, meilleur sera l'échange. A puissance équivalente, on peut donc réduire l'écart (T°paroi - T°air) pour maintenir l'égalité de l'équation. Par expérience, on sait qu'en convection naturelle h varie de 1 à 10 W/m2/K environ dans de l'air très calme alors qu'il peut atteindre 100 W/m2/K en convection forcée si on ventile mécaniquement, et encore bien plus si on utilise de l'eau. Un petit tableau d'ordres de grandeur sur h :

Type d'écoulementOrdre de grandeur de h
Air en convection naturelle1-10
Air en convection forcée10-100
Eau en convection naturelle500-1000
Eau en convection forcée1000-10000

Pour compenser la faible efficacité du transfert, il n'y a qu'une seule chose qu'on puisse changer : la surface. C'est pour cela que le Reserator utilise une grande surface externe d'environ 1.274 m2. Si on a un petit h, il faut une grande surface et si on a un grand h, on peut se contenter d'une surface plus petite (cas des waterblocks).

Plus l'eau sera chaude plus le Reserator sera efficace en terme de puissance dissipée. C'est pour cela que l'eau monte assez haut en température car dans les premières minutes de fonctionnement le Reserator ne dissipe qu'une partie infime de la puissance qu'on lui donne. Comme il y a toujours conservation énergétique, l'énergie apportée reste dans l'eau ce qui lui fait augmenter naturellement sa température. Durant la période de montée en température, le Reserator créé en fait une réserve d'énergie en se servant de l'eau et de la grosse masse d'aluminium tout en dissipant de plus en plus. Cela est très intéressant car l'eau est capable d'absorber énormément d'énergie avant que sa température ne devienne élevée (capacité calorifique très grande). Une fois que l'eau est assez chaude pour satisfaire à la dissipation de la totalité de ce qu'a donné le processeur à l'extérieur, l'eau cesse de monter en température et on est alors à l'équilibre : on perd autant qu'on gagne à travers la paroi du Reserator. Le stockage d'énergie est à ce moment là terminé, l'eau aura sa température finale et y restera tant que les conditions de chauffe et d'environnement ne changeront pas.

Une fois le processeur éteint, c'est l'énergie emmagasinée dans l'eau et l'aluminium qu'il faut à présent dissiper pour rétablir l'équilibre. C'est pour cela que le Reserator est très long à monter en température mais aussi très long à redescendre ! Les 6.5 kg d'aluminium et les 2.5 kg d'eau montés de 20 °C par rapport à l'ambiant représentent une énergie de 6.5*903*20+2.5*4180*20 = 326390 J. Si le Reserator met 3 heures à retrouver une température égale à la température ambiante, il aura dissipé en moyenne 326390/(3*3600) = 30 W juste avec l'énergie contenue en son sein. Cette donnée est juste indicative car elle ne rentre pas dans la performance pure du système puisque seule la température finale compte.

Il peut être intéressant d'augmenter fortement la masse d'eau pour donner une énorme inertie thermique qui permettra de garder une eau à quelques degrés au dessus de l'ambiant même si l'on joue pendant 4 heures d'affilée car le volume d'eau aura à peine eu le temps de grimper en température. Evidemment le poids représente une contrainte supplémentaire mais là n'est pas le sujet...

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