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Radiateur Hwlabs GTS 240 - Page 4/13

Rédigé par David D. - 01/09/2006
Catégorie : Watercooling



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Origine des radiateurs GT et éléments de design

En réalité, Hwlabs n'a pas inventé la façon de disposer les ailettes sur les GT. Ils utilisent le design créé, il y a près de 30 ans, par la firme Luvata (anciennement Outokumpu Copper). C'est d'ailleurs cette même firme qui fournit les bandes de cuivre et de laiton à Hwlabs, ainsi que la machine qui permet la fabrication des ailettes dédoublées. Ils sont très liés puisqu'ils appartiennent tous les deux à l'alliance internationale Cuprobraze.

Cette technologie dite Cuprobraze, qui est une méthode d'assemblage utilisée par de nombreux fabricants de radiateurs, sera d'ailleurs probablement employée pour les prochains modèles Hwlabs... Ce procédé réalise la brasure ailettes-tubes à ~650 °C, au lieu de ~250 °C pour la méthode classique, car les alliages de brasure sont différents et plus résistants. La gamme des GT et les autres radiateurs de watercooling utilisent la méthode classique avec une brasure "basse température". Celle employée par Hwlabs ne contient pas de métaux lourds comme le plomb pour se conformer à la directive RoHS.

La technologie d'ailettes employée est appelée le "Compact Core", anciennement nommé "Splitter Fin technology" (terme repris par Hwlabs), c'est à dire littéralement le "coeur compact" ou la "technologie à dédoublement d'ailettes". Les Black Ice GT utilisent donc cette méthode avec des ailettes plates et sans échancrures :

Cet arrangement particulier est, à l'origine et depuis longtemps, utilisé pour les radiateurs de chauffage chez Chrysler par exemple, car on peut les faire plus petits vu la densité des ailettes, sans nuire aux performances. Il est aussi utilisé pour améliorer les radiateurs de voitures fabriqués par Modine, Nanning ou Orenburg notamment. Hwlabs est juste l'un des premiers intervenants dans le monde du watercooling PC à s'y intéresser.

Ce design très dense est donc plus particulièrement destiné à des ventilations conséquentes et facilement atteignables sur une voiture où le débit d'air et la pression disponible ne sont pas vraiment des soucis. Il y a la vitesse de la voiture pour le gros radiateur à l'avant ou l'utilisation d'un ventilateur radial à pression élevée pour le radiateur de chauffage. Ce n'est pas vraiment le cas avec des ventilateurs classiques de watercooling.

Détails du contact tube-ailette

Voilà à quoi ressemble l'interface tube-ailette, vue en coupe, après passage dans un four pour braser l'ensemble des ailettes d'un seul coup. Plus ce joint sera bien fait et fin, plus le transfert de la chaleur vers l'ailette sera efficace :

Points améliorables

Plusieurs pistes sont possibles pour diminuer la résistance thermique globale d'un radiateur à tubes plats afin d'améliorer ses capacités. On en recense quelques unes dans le tableau ci-dessous :

Décomposition du transfert thermique de l'eau à l'air au sein d'un radiateur
Transfert entre les élémentsAméliorations possibles
Eau réchauffée => paroi interne du tube
  • + de débit d'eau donc + de brassage
  • mise en place de perturbateurs dans le tube
Paroi interne tube => paroi externe tube
  • diminution de l'épaisseur de la paroi
  • matériau du tube très conducteur thermiquement parlant
Paroi externe tube => ailette
  • épaisseur du joint de brasure la plus fine possible
  • alliage de brasure très conducteur thermiquement parlant
  • maximum de surface de contact entre l'ailette, la brasure et le tube
Ailette => Air
  • matériau de l'ailette très conducteur thermiquement parlant
  • augmentation du débit d'air, + de turbulence (échancrures)
  • géométrie et épaisseur adaptées

L'un des points à soigner sur un radiateur est le contact opéré entre les tubes et les ailettes. C'est quand même par là qu'une grosse majorité de l'énergie thermique va transiter pour aller se répartir dans les ailettes avant d'être évacuée dans l'air.

La méthode classique, qui impose un arrangement triangulaire des ailettes, n'est pas optimale au niveau du contact car la surface d'accroche est assez réduite. Près de 70-80 % du tube ne sert pas à transmettre la chaleur aux ailettes. Seule la pointe du V est utilisée par l'intermédiaire du joint de brasure. Cela impose un joint relativement "gros" pour permettre une bonne résistance mécanique, or plus il est épais, plus le transfert thermique tube-ailette est mauvais. La partie restante du tube, non solidarisée aux ailettes et soumise directement au flux d'air, fait office de paroi ventilée. Le tube dissipe donc une partie de la chaleur de l'eau lui-même, mais c'est un peu moins intéressant qu'une répartition totale sur un grand nombre d'ailettes. On peut faire mieux en optant pour un arrangement de type rectangulaire, potentiellement meilleur sur deux points :

Le premier point intéressant est une surface d'accroche supérieure et mieux répartie. La résistance thermique du joint de brasure peut diminuer car la surface de contact est plus élevée. On peut même réduire son épaisseur substantiellement, à condition d'avoir une bonne planéité de la base de l'ailette, ce qui diminue encore plus la résistance thermique de l'ensemble :

Le deuxième point concerne la répartition du flux d'air au sein des ailettes. Une bonne partie du flux d'air passera par le plus gros passage disponible par facilité, c'est à dire du côté opposé à la pointe du V pour le cas triangulaire (voir allures ci-dessus). Plus on s'approche de cette pointe, moins le flux d'air y circule car le passage se rétrécit. Toute la surface de l'ailette (2 faces) n'est donc pas ventilée de manière vraiment équitable. Le design rectangulaire est presque optimal sur ce plan là puisque les ailettes sont maintenues parallèles entre elles et donc quasiment soumises à une même vitesse d'écoulement partout. Il faudrait voir ce que donne les pertes de charges également, mais, à première vue, un design rectangulaire de surface équivalente à un triangulaire serait surement un peu moins pénalisant. A étudier...

Ce genre de géométrie n'est pas si évident à industrialiser : plier les bandes de cuivre bien à 90° avec une vraie base plane et avec un rayon de pliage très faible demande un procédé spécifique. Bill avait tenté de l'industrialiser pour le compte de Swiftech, mais ça a été abandonné, les fabricants tenant des propos du genre "le design actuel suffit, pourquoi s'embêter ?". Il est plus facile de faire des bandes d'ailettes arrangées en vaguelettes triangulaires. A noter que tous les modèles de la famille HwLabs Black Ice utilisent des ailettes presque parallèles du fait de leur densité, mais leurs extrémités sont arrondies et non pas planes. L'idéal serait que le tube et les ailettes ne soient qu'une seule et même pièce évidemment, mais c'est infaisable pour l'instant et pour un long moment...

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