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Swiftech APEX Vs APEX Ultra - Page 2/11

Rédigé par David D. - 17/12/2005
Catégorie : Watercooling



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Waterblock Storm (kit H2O-APEX)

On commence avec l'ancien waterblock, non inclus dans les kits désormais, mais encore produit pour être vendu à part. Il marque un petit changement dans les designs chez Swiftech par rapport aux précédents MCWxxxx avec ici l'emploi de Delrin et d'une plaque chromée pour une fixation universelle. Le Delrin est une résine plastique agréable à usiner et non sujette aux fendillements comme certains plastiques, traditionnellement appelés plexi (PMMA ou autre), grâce à sa bonne stabilité mécanique. D'ailleurs, plusieurs fabricants différents se mettent à l'utiliser depuis quelque temps...

Le Storm est fourni avec des embouts en Nylon pour du tuyau de diamètre interne 1/2" (12 mm) ou 3/8" (10 mm) filetés en 1/4" NPSM (filetage droit à la norme américaine), des joints toriques pour l'étanchéité des embouts, des serres-tuyaux démontables, de l'Artic Ceramique en guise de pâte thermique et une clé Allen pour démonter le Storm (nettoyage). Le paquet contient aussi toute la visserie pour tous les sockets, donc facilement évolutif si l'on change de plate-forme. C'est très complet à ce niveau.

Le Storm comprend plusieurs pièces assemblées dont une base en cuivre C110 et des plaques supérieures en Delrin. Il pèse 260 grammes avec les embouts. L'ensemble est usiné sur fraiseuse à commande numérique, d'où le coût élevé de ce waterblock vu son design intérieur un peu spécial et les multiples étages le composant.

La base, d'une épaisseur totale de 5 mm, possède 35 trous où viendront se positionner 35 jets d'eau de manière précise grâce à 4 tétons de centrage sur les 2 plaques inférieures. L'épaisseur entre le fond du trou et la surface en contact avec le processeur est de l'ordre de 1.5 mm. L'étanchéité entre les différentes parties est réalisée grâce à 2 joints toriques montés dans des gorges elliptiques. Pour bien faire, il faudrait un joint supplémentaire au niveau de l'entrée circulaire car une partie du fluide passe directement de l'entrée à la sortie en se faufilant entre les 2 plaques à cause de la pression (que quelques millimètres à parcourir). C'est visible quand on monte les 2 plaques supérieures à part, il subsiste toujours un écart entre les 2 surfaces et le serrage n'y peut rien. Néanmoins, ça reste très faible et ça ne pose pas de souci pour les performances générales.

Le Storm est assez haut (63 mm) vu les différents étages qui le composent. Comme d'habitude chez Swiftech, en plus de la qualité d'usinage ici, un soin particulier est apporté à la base. Elle a droit à une séance de surfaçage-polissage sur une polisseuse à plateau circulaire dont le fonctionnement avait été explicité ici. Cela permet d'assurer que la planéité de la base soit meilleure que 0.007 mm sur toute sa surface (écart entre le point le plus haut et le plus bas). Il est nettement plus important d'être plan sans forcément briller, que de briller sans être plan.

Le principe de fonctionnement du Storm utilise ce que l'on appelle les impacts de jets. Avec les microstructures, c'est l'une des rares techniques en thermique (pour les écoulements monophasiques) permettant d'obtenir des coefficients de convection très élevés pour améliorer l'efficacité de l'échange thermique entre une paroi chauffée et un fluide quelconque.

Les entrées de chaque jet sont arrondies pour limiter les pertes de charges, dites singulières, quand le fluide s'engouffre dans les mini tubes. Même si ça ne rapporte pas grand-chose, on ne perd rien à le faire car le jet en sortie sera alors bien formé et il ne risque pas de s'atomiser. Ces 35 injecteurs (ou buses, comme on veut) sont très fins et l'on comprend que l'usinage en contournage de cette partie centrale prenne beaucoup de temps vu le diamètre de la fraise utilisée. Leur diamètre extérieur est d'environ 1.5 mm et le diamètre du trou central (le jet d'eau) fait ~0.7 mm.

Inutile de préciser qu'ici les poudres colorantes sont à bannir car les jets auront vite fait de se boucher ! En situation réelle, le débit obtenu dans le kit (331 L/h) permet d'avoir des jets sortant à une vitesse d'environ 7 m/s. Le fait de créer ces jets à haute vitesse qui s'écrasent dans le fond engendre un peu de bruit du genre chhhhhhhhhhhhhhh.

Dans le cas du Storm, ces injecteurs sont confinés dans des trous percés dans la base en cuivre et dans lesquels on peut apercevoir un pic microscopique dans le fond au centre du trou. Le fluide sort par les injecteurs à grande vitesse sous la forme de 35 jets submergés qui viennent s'écraser dans le fond et sur le petit pic pour générer plus de turbulence. On évite alors d'avoir ce qu'on appelle une zone de stagnation sous le jet. Le but est toujours le même : repousser toujours plus près le fluide frais près de la paroi (réduction de la couche limite).

Voici une simulation numérique pour avoir une idée des allures de différents paramètres pour un jet confiné aux dimensions du Storm. Le calcul est axisymétrique, il faut donc imaginer le jet en 3D par rotation autour de l'axe du jet. La vitesse du jet d'eau est prise égale à 7 m/s et l'on met le petit obstacle dans le fond.

Sous le jet, la couche limite, qu'on peut assimiler à une très fine couche de fluide qui "colle" à la paroi (vitesse très faible dans celle-ci), voit son épaisseur diminuer grâce à l'impact du jet à grande vitesse. Avec un écoulement de ce genre, le transfert de chaleur entre la paroi et le fluide est alors sensiblement amélioré. Le petit pic occasionne un niveau de turbulence plus élevé dans le fond du trou en brisant le jet.

Plus le jet impactera à grande vitesse, plus le coefficient de convection sous ce jet grimpera et meilleur sera le transfert énergétique. C'est bien, mais se pose bien vite le problème de la pression nécessaire pour générer des multiples jets à grande vitesse et l'on est vite limité avec nos petites pompes. Il faut alors essayer de trouver le meilleur compromis entre le nombre de jets et leur diamètre en fonction de la pompe pour avoir la vitesse maximale en sortie d'injecteur, sans pour autant réduire dramatiquement le débit...

Les trous permettent d'isoler les jets les uns des autres pour éviter qu'ils ne se gênent mutuellement à cause du fluide éjecté radialement au contact avec la paroi, ce qu'on appelle le cross-flow. Néanmoins, dans certains cas, il est mieux de ne pas les confiner car on peut alors mettre une plus grande densité de jets et utiliser les zones secondaires de turbulence à notre avantage (là où les volumes de fluides éjectés par les jets se rencontrent). Ca reste néanmoins très complexe à définir ! Au final, le Storm est bien gros, mais il n'agit réellement que sur très petite surface centrale.

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