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Radiateur Hwlabs GTS 240 - Page 10/13

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



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Résistances thermiques globales

A l'aide d'une petite manipulation, le graphe précédent va nous servir à calculer les différentes résistances thermiques des radiateurs. C'est LE paramètre universel puisque ces résistances permettent de s'affranchir des 10 °C, maintenus entre l'eau et l'air, qui ont servis à faire les mesures. Avec ça, on est désormais capable de savoir quels seront les écarts entre l'eau et l'air pour n'importe quelle puissance à dissiper. La résistance thermique, notée Rth, s'exprime en degré par watt (°C/W). On souhaite qu'elle soit la plus faible possible.

Si un radiateur à une Rth de 0.035 °C/W à un débit donné et qu'il voit passer 150 W dans l'eau, cela signifie que l'écart entre l'eau et l'air qui le ventile sera Rth x puissance, soit ici 0.035 x 150 = 5.25 °C.

On utilise aussi la notion de puissance hydraulique qui est un paramètre un peu plus universel puisqu'elle tient compte de la perte de charge du radiateur et du débit dans son calcul, contrairement au graphe précédent qui dépend uniquement du débit imposé. La puissance hydraulique est la puissance dont dispose le fluide pour passer à travers le radiateur et lutter contre la perte de charge due aux frottements visqueux. C'est une partie de la puissance utile que la pompe fournit. Plus la pompe est puissante, plus elle peut lutter contre les pertes de charge du circuit entier et fournir une puissance hydraulique importante (quelques watts tout au plus ici) :

La plage qui nous intéresse le plus se trouve entre 0.03 et 1 W environ (uniquement dédié au radiateur). On retombe bien sûr dans les mêmes constatations que la page précédente au niveau des performances suivant l'importance de la ventilation.

Si le CR-22T 12 fpi paraissait éloigné du GTS240 dans les fortes ventilations, c'est parce qu'on était à débit imposé. Dans un circuit réel, le CR-22T 12 fpi induit une moindre perte de charge que le GTS240 donc le débit qui le traverse lui est supérieur. Le CR-22T 12 fpi gagne donc un peu en efficacité et l'écart entre les deux radiateurs se réduit alors. C'est en ça que les pertes de charges hydrauliques permettent de faire une différence sur le plan des performances. Un bon radiateur est celui qui donne la meilleure dissipation à la perte de charge la plus faible, ni plus ni moins.

Finalement, on voit qu'ils sont équivalents pour le cas du Panaflo en 12 V, car leurs courbes sont quasiment confondues (tout en bas). La différence entre les 2 n'excède pas 0.002 °C/W, soit seulement 0.2 °C pour 100 W à dissiper. Moins on ventile, plus le GT s'éloigne avec près de 0.01 °C/W en plus quasiment, soit 1 °C de plus qu'un MCR220 pour 100 W à dissiper.

En combinant tous les paramètres physiques, le GTS240 n'est donc jamais vraiment le meilleur. Il faut une ventilation bien soutenue pour qu'il soit réellement plus performant que les autres, mais sommes-nous prêts à accepter beaucoup de bruit pour le refroidissement ?

Influence du débit du fluide caloporteur

Un radiateur est un échangeur thermique comme un waterblock. Plus le débit d'eau qui le traverse est important, plus on améliore le transfert thermique eau-tube pour le radiateur. Néanmoins, il y a une petite différence, car ce radiateur est aussi dépendant de la ventilation avec l'air, contrairement à un waterblock dont la performance dépend exclusivement du débit d'eau (plus de débit = plus d'efficacité).

Est-ce que si l'on augmente le débit d'eau dans le radiateur, l'eau réchauffée ira si vite dans les tuyaux qu'elle n'aura pas le temps de se refroidir ? Non. Les histoires d'eau qui reste longtemps dans le radiateur et qui voudrait donc que le débit soit le plus faible possible, sont des erreurs de raisonnement, car l'intégralité du phénomène n'est pas prise en compte. Développons...

S'il y a très peu de débit, il y aura peu de brassage/turbulence dans les tubes plats, un échange eau-tube pas terrible et peu d'eau qui transitera par unité de temps dans le radiateur, mais elle y restera longtemps. Si l'on débite beaucoup, on a un meilleur brassage, donc un meilleur échange dans les tubes et l'eau se décharge mieux de sa chaleur. Certes, elle y reste un temps plus court que précédemment, mais, et c'est là que l'oubli se fait, on en fait passer plus par unité de temps au travers du radiateur ! On y gagne donc sur le plan de la convection dans les tubes et sur le volume d'eau traité.

Au final, avoir plus de débit est quasiment toujours la meilleure solution puisque l'un des facteurs limitants est la qualité de l'échange dans les tubes. On a vu cela précédemment avec la chute de performances dans les très bas débits. Evidemment, si l'on peut avoir un bon échange et un long temps de séjour dans les tubes, c'est l'idéal, mais ça impose plus de longueur de tubes, donc plus de pertes de charge, donc moins de débit, etc. C'est un cercle vicieux, il y a encore des compromis à faire. Notons que dans un circuit classique, l'eau ne reste pas plus de deux secondes dans le radiateur (disons pour un débit >100 L/h).

Et enfin, voyons qu'à faible ventilation et à grand débit d'eau, vers le coin haut droit du graphique, la perte d'efficacité que l'on a relevée précédemment par rapport à une ventilation soutenue est faible. Elle est à peine de 0.01 °C/W ici, soit 1 °C pour 100W.

Le débit d'eau n'influence finalement qu'assez peu les performances d'un radiateur (~0.01 °C/W entre 0 et 500 L/h), mais il faut quand même essayer de le maximiser si possible. Le débit d'air restera toujours beaucoup plus pénalisant pour les performances (~0.06 °C/W pour le Panaflo entre 5 V et 12 V).

C'est donc principalement sur l'écoulement de l'air que les efforts de conception doivent se tourner, même s'il n'est pas superflu de s'attarder sur l'écoulement de l'eau. On essaie de grappiller un peu plus d'efficacité où l'on peut !

Rappelons l'exemple du radiateur Thermaltake en aluminium de la série Aqua TMG qui utilise des tubes plats dont l'intérieur n'est pas lisse afin d'augmenter le brassage de l'eau près de la paroi grâce à des petits perturbateurs en forme de trous. Il existe plusieurs sortes de perturbateurs et ils sont utilisés sur certains radiateurs de voitures par exemple. C'est bien d'y penser, mais ça peut avoir des inconvénients, car la perte de charge peut augmenter (le tube plat peut être plus obstrué) et ça peut éventuellement se boucher plus facilement.

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