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Radiateur Hwlabs GTS 240 - Page 8/13

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



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Pertes de charge hydraulique

Cela caractérise la résistance que la géométrie interne du radiateur oppose au passage du fluide caloporteur. Elle se traduit par une baisse de la pression, dite statique, entre l'entrée et la sortie du radiateur. Rappelons que cette pression statique ne fait que diminuer continuellement, et plus où moins brutalement suivant l'élément traversé, le long du circuit entre la sortie de la pompe et le retour à son entrée. C'est grâce à cette différence que le fluide avance. Plus on veut faire passer de débit, plus c'est difficile, car cette résistance augmente de plus en plus vite avec celui-ci (courbe d'allure parabolique ci-dessous).

Le premier graphique donne le relevé de cette perte de charge en fonction du débit d'eau :

Sans trop de surprise, le GTS240 apparaît plus restrictif que son homologue direct, le Swiftech MCR220, car sa courbe est plus raide. C'est dû à l'emploi des 12 tubes plats qui sont 60 % plus fins que les autres radiateurs, le MCR220 ayant aussi 12 tubes. Les pertes de charge du CR-22T et du MCR220 sont équivalentes, malgré le fait que l'épais CR-22T ait 2 fois plus de tubes (2 rangées l'une derrière l'autre), mais 2 fois plus parallélisés, donc l'un compense quasiment l'autre. A noter que le MCR220 a ses tubes plats évasés à chaque bout pour diminuer un tout petit peu la perte de charge, dite singulière, quand le fluide se retrouve contraint à s'engouffrer dans ceux-ci (changement brutal de section).

Le débit dans une même boucle de refroidissement sera donc moindre avec un GTS240 qu'avec un radiateur plus classique. La plage de débit qui nous intéresse le plus se trouve entre ~3 et 8 L/min, c'est à dire entre 180 et 480 L/h environ, sachant qu'on atteint facilement 450 L/h dans un kit du genre Swiftech Apex Ultra par exemple.

Si l'on remplace le MCR220 de ce kit Swiftech par un GTS240, le débit ne sera plus que de ~380 L/h au lieu de ~450 L/h. La baisse est relativement importante et cela influencera un peu les performances des waterblocks présents dans la boucle, plus ou moins intensément suivant leur géométrie. La différence de température restera néanmoins très faible car, au delà des 400 L/h, les gains sont minimes et ça dépend de la puissance dissipée de toute façon.

Cas des versions GT à une seule passe

A noter qu'il existe une version dite X-Flow, c'est à dire à une seule passe, pour diminuer la restriction engendrée dans le circuit. Ci-dessous, la série des 3 tailles de X-Flow qui sont utiles dans certains cas d'intégration vis-à-vis du placement des embouts :

Si une seule passe a un vrai effet bénéfique sur la diminution de la perte de charge hydraulique, il y a néanmoins une contrepartie un peu plus vicieuse. En effet, la vitesse de l'eau dans les tubes diminue d'un facteur ~2 du fait de la parallélisation massive sur tous les tubes à la fois. Le facteur est d'un peu moins de 2, car dans le même temps le débit grimpe légèrement à cause de la perte de charge moindre. L'efficacité du brassage et de la convection avec la paroi s'en trouvent alors un peu réduits. Au final, les performances diminuent un tout petit peu pour une même gamme de débit par rapport au même radiateur en version double passe. Ils sont à éviter en général, à moins de jouer avec des débits élevés pour compenser cette baisse de vitesse.

Même si en simple passe, chaque tube voit maintenant à son entrée une eau la plus chaude possible par rapport à un radiateur à 2 passes, ça ne suffit généralement pas à améliorer son comportement. Le gradient thermique vu par les ailettes est différent et les 2 situations présentées ci-dessous ne sont pas tout à fait équivalentes. Le cas à 2 passes est volontairement un peu simplifié, car la colonne de gauche (27-26.5 °C) sera plus efficace que celle de droite puisque l'écart eau-air de ce côté-là est le plus grand. L'eau ne baissera donc pas de seulement la moitié, mais d'un peu plus car le transfert thermique est proportionnel au deltaT eau-air : plus il est grand, plus ça échange de chaleur. On aura donc plutôt quelque chose comme 27->26.3 °C et 26.3->26 °C :

On pourrait faire en sorte de diminuer la section de passage des tubes par 2 pour un radiateur simple passe afin de conserver la même vitesse que pour un double passe (débit = section x vitesse), mais se posera alors le problème des pertes de charge... Calculer le compromis idéal pour un radiateur, en prenant en compte tous les facteurs, n'est pas facile, car ils s'influencent mutuellement. Les fabricants de matériel pour watercooling ne s'embêtent pas avec ça et modifient juste les collecteurs pour transformer un double passe en simple passe.

Les radiateurs en une passe ne sont pas la solution miracle comme on le voit souvent écrit. Dans la majorité des cas, ils n'ont pas d'utilité. Même si la perte de charge est moindre, il y a une légère baisse de l'efficacité à la clé généralement. Néanmoins, la disposition de leurs embouts peut aider dans certains cas d'intégration.

Pour avoir un ordre d'idée sur le régime d'écoulement qui règne au sein des tubes, on peut essayer de calculer le Reynolds. Si l'on prend un débit moyen de 200 L/h dans un GTS240 à deux passes, le fluide parcourt les tubes à ~0.48 m/s, c'est à dire que l'eau qui rentre ne reste qu'une seule seconde dans le radiateur. Avec ça, on estime un nombre de Reynolds égal à ~1900, ce qui signifie que l'écoulement n'est pas vraiment laminaire ni vraiment turbulent, mais probablement entre les deux.

Si on utilise maintenant un radiateur à une seule passe, toujours à 200 L/h, la vitesse dans les tubes diminue de moitié et donc le Reynolds aussi pour atteindre ~950. On est alors dans le domaine laminaire, le brassage au sein des tubes est très réduit, voire inexistant. L'eau réchauffée au centre du tube aura un peu plus de mal à atteindre les parois directement, l'efficacité générale du radiateur diminue un tout petit peu.

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