Thermique : théorie avant pratique

Pour bien commencer l'année

Dans le post ci-dessous, y'a un article que j'aurais aimé mettre sur le site pour l'enrichir davantage, mais le gourou de notre secte de givrés m'a dit qu'il le sentait moyen...

Mais comme tous les malades mentaux, j'ai les idées fixes, alors je l'ai quand même fait pour le fun (oui, "fun" est une notion relative...)
D'ailleurs vous pouvez aussi contribuer à valider l'article puisqu'il n'est pas complètement terminé, et de toute façon je ne l'ai pas fait tout seul (j'ai presque tout oublié ).

[Post édité presque en temps réel, selon les informations recueillies dans le topic. Merci de votre participation ]


L'efficacité de l'échange thermique dans un WB dépend
- des ailettes (conductivité thermique, surface d'échange)
- du fluide (conductivité thermique, capacité thermique, masse volumique, viscosité, vitesse)

Qu'est-ce que la hauteur optimale d'une ailette ?

La température de l'ailette varie selon une courbe du type (la formule est calculée plus loin) :


La hauteur optimale est celle à partir de laquelle la température approche suffisamment la limite. Au delà de cette hauteur, comme les températures de l'ailette et du fluide sont presque les mêmes, il n'y a plus d'échange thermique et cette partie d'ailette est inutile.

Ceci signifie que le fluide qui passe sur la partie inutile n'est pas utilisé pour absorber de la chaleur. L'optimisation consiste à utiliser tout le fluide efficacement, au lieu de seulement une partie du fluide.

En réduisant l'ailette à la hauteur optimale, l'ailette tout entière devient utile, donc tout le fluide est utilisé efficacement.

Il faut aussi se rendre compte que, d'un point de vue thermique, garder ou enlever la partie inutile d'une ailette ne change rien...

Si on ne fait que réduire la hauteur, on réduit aussi la section de passage, ça a une influence sur le fluide et il faut recalculer la hauteur optimale (on tourne en rond).
Pour garder la même section de passage, on peut
- augmenter la taille des canaux, ça influence le fluide (on tourne en rond)
- augmenter le nombre d'ailettes

Qu'est-ce que l'épaisseur a à voir avec la hauteur optimale ?

Dans les mêmes conditions, la courbe de température d'une ailette plus épaisse est du type (en bleu, voir la formule pour une justification) :


Si l'épaisseur de l'ailette augmente, sa hauteur optimale augmente.

Autrement dit : plus une ailette est épaisse, plus elle peut transporter de chaleur.
Encore autrement dit : plus une ailette est fine, plus elle aura de partie inutile à hauteur égale.

Cette notion peut être illustrée comme suit :



Ceci met fin aux mythes "une ailette fine conduit bien la chaleur, monte vite en température, est homogène en température, etc".

Pourquoi fait-on des ailettes de plus en plus fines ?

Il ne faut pas confondre finesse des ailettes et finesse des canaux d'écoulement.

Le véritable intérêt de réduire l'épaisseur des ailettes est de pouvoir augmenter la concentration d'ailettes et d'en mettre plus.
On a l'impression qu'on augmente ainsi la surface d'échange, mais ceci reste à vérifier car ce qu'on gagne en ailettes ajoutées, on le perd en surface inutile.

Réduire la taille des canaux a une très forte incidence sur l'écoulement du fluide et sa capacité à extraire la chaleur des ailettes.
La taille des canaux n'a rien à voir avec l'épaisseur des ailettes. D'ailleurs on parle de WB à micro-canaux, pas de WB à micro-ailettes... Dans la pratique, les WB à micro-canaux sont faits à partir de lamelles qui servent à faire les canaux et les ailettes, et on a de fait les mêmes tailles.

Comment trouve-t-on la hauteur optimale en fonction de l'épaisseur d'une ailette ?

C'est l'objet de la démonstration qui a été déplacée sur LA PAGE SOURCE pour éviter d'encombrer ce post.




Autres questions / réponses
Voir la page source pour les réponses
Que se passe-t-il s'il faut dissiper plus de chaleur ?
Que vaut la température de la base en fonction de celle de l'eau et de la puissance à dissiper ?




Pour l'application numérique pour trouver H, on prend les valeurs


Les températures sont données à tite indicatif, puisqu'on voit qu'elles n'interviennent pas dans le calcul : ceci est normal car H est calculée en fonction de l'écart des températures pour supprimer la partie inutile, quelles que soient ces températures.
Et c'est tant mieux, car on se voit mal fabriquer son WB en fonction des températures qui seront appliquées !


WB micro-canaux à lamelles
cette valeur est calculée pour de l'eau à 0,53m/s en laminaire (100l/h si la section de passage est 50mm², équivalent à un tuyau 8int) dans un canal de 0,2mm.



WB Dremel made
cette valeur est calculée pour de l'eau à 2,1m/s en laminaire (400l/h si la section de passage est 50mm², équivalent à un tuyau 8int) dans un canal de 1mm.

je crois que je vais me mettre au fond pret du radiateur et attendre la reponse ...

où est ma ti89 que je joue a mario ^^

rien que voir des equations j'en ai deja marre

homemade sans calculs powa

pour h, en convection naturelle, c'est entre 100 et 1000 W.m^-2.K^-1, donc en convection forcée, ça varie entre 300 et 20000W.m^-2.K^-1

pour un truc precis sur h, faudrait modeliser l'ecoulement, puisque ça doit dependre du debit, de l'etat du fluide (laminaire/turbulent), et bien sur du type de fluide, là, c'etait pour de l'eau

je sais pas pourquoi, mais je crois comprendre pourquoi rosco le sentait pas trop

H, il est pas non plus le même partout dans le bloc (a priori), car il dépend de la la vitesse de l'écoulement, et d'un tas de paramètres géométriques.

spour obtenir ton h=f(e), le plus simple aurait été une simu num en faisant a plusieurs reprise l'épaisseur et en observant les températures et débits que tu obtiens, tu aurais pu remonter facilement au h et en déduire une courbe...

je doute qu'il ait eu peur des equations

ça fait 3 ans qu'il n'y a pas touché remarque

d'un autre coté, si sa fuite lui a fait oublier les equa diff, faut le bannir de suite

c'est chiant les calculs, t'as pas un truc plus synthétique ?

pis en plus c'est de la thermique --> les modéls théoriques sont pas super en correspondance avec la réalité... autant faire des test empiriques...

l'impie !

va dans le metro satanas, pour une fois que quelqu'un essaye de pas faire de maniere emprique, le decourage pas

C’est marrant ton truc sa ressemble au publication de Professeur d'université.
Si certains non pas encore mal a la tête je peut poster qq publication sur la thermo, c'est d'ailleurs très souvent fait par des prof de math. Je ne parle pas de prof au sens large mais bien de Professeur au sens noble du terme

Ceci dit c'est sans doute la meilleure façon de comprendre, bcp se base sur des sentiments et des expériences. Et bien que cela soit plus pédagogique, je suis pas sur qu'un jour un home aurai marché sur la lune si ont avait jms fait d'équation.


Bref au contraire de rosco, je le sent très bien ton article mais c'est peut être inadapté a la vocation première de se site. Une personne au nom de legumeMan avait déjà consacré un article de se type. Il doit avoir un site mais je retrouve plus le link.

C'est un peut trop spécialiste et surtout sa réclame un certain niveau d'étude. Moralité en dessous de 18ans je vois pas comment on pourrait te suivre, et encore je prend en compte les passionnés de thermo

En tout cas bonne continuation

en maths, ça demande des notions de bac+1 (equa diff second ordre), pour la partie thermo, idem (premier principe/regime permanent), par contre, faut etre motivé pour se lancer là dedans

oui tout a fait Bac +1 , pour les math et plutot bac +2 pour la thermo. mais des passionné de 18ans peuve apprendre a traver le web je pense

je te rassure des gens interessés de 29 non plus mais je trouve que sa merite d'etre posté pour remercié de l'effort et juste avant d'envoyer deux mecs baraqués et blouse blanche chez le forumer en question.
Par contre les equations s'est chouette mais on peux pas faire un exemple ou une mise en application derriere, la voila la pedagogie .

le but est évidemment de pas avoir d'ailettes chaudes mais froide pour maintenir la base "froide"

sorry, je pouvais pas répondre avant

H n'est pas le même partout, mais est-ce qu'il est le même pour chaque ailette ?

pour les simu num, je l'aurais bien fait mais je sais pas me servir des outils, et d'aileurs je sais pas avec lesquels on peut faire ça
le calcul m'empêche pas de le faire et il n'est pas trop tard !

si si, la synthèse arrive, je comprends que la formule fasse peur

qui connaît un soft pour tracer cette courbe ?

oui, leguman est le 1er que j'ai vu poser des équations pour le cooling
son site : http://leguman.ht.st/

c'est pas plus spécialiste que du changement de phase
oui, il faut un certain niveau d'études mais une fois qu'on aura une formule appliquée ou une courbe, ça sera à la portée de tout le monde

et puis je suis pas un passionné de thermo, mais un passionné de cooling, alors tu vois ce que le cooling peut amener à faire (c'est pathologique, c'est grave docteur ?)

ça serait vraiment cool qu'on en fasse une page sur le site, mais il faut d'abord qu'on finisse l'article et qu'on fasse une application pour donner un exemple

si on fait des ailettes très hautes, elles seront froides

ça dépend de la géométrie du truc, si t'as la même vitesse partout H sera pareil partout a priori.

prends un ventirad d'aircool, t'as une répartition de la vitesse vraiment variable selon l'ailette que tu considères.


En watercool, hors mis le cas d'un impact, comme le ZB par exemple selon la géométrie, tu peux arriver a avoir un h identique. mais ça reste un cas particulier. Dans tous les autres cas, non seulement la vitesse est pas la meme au voisinage de toutes les ailettes, mais en plus pour une ailette considérée t'auras pas forcément la meme vitesse sur toute la longueur de l'ailette

pour ta courbe, maple peut faire ça

je viens de retrouver des exemples de h dans un superbe article, écrit par qui ? notre gourou !!!
son article

l'ordre de grandeur qu'il donne pour h est entre 1000 et 5000 pour une convection forcée avec de l'eau

bon on continue d'en chercher plus sur h

EDIT : h dépend de la largeur des canaux... 'tain on va pas s'en sortir
un exemple de calcul de h ici
pour de l'eau à 50°C, à 1,6m/s, dans un canal de 20 mm, h=7156 W/(m2.°C)
il faut passer par Prandtl, Reynolds, Nusselt, Colburn... c'est qui tous ces gars

h dépendra de la taille du canal à partir d'une certaine dimension de toute facon... Regarder l'ailette seule n'apporte pas grand chose car un bloc est un tout. Vu les finesses, on peut approximer en disant que l'ailette a une T° uniforme ou un flux constant partout et on s'embête pas avec du différentiel. Sans compter qu'une ailette fine est + efficace qu'une grosse, intervient donc le nombre d'ailettes, leur section si on veut pinailler car on peut trouver la meilleure forme mais au prix de calculs bien compliqués avec de l'intégration et tout ce qui s'en suit.

Exemple d'étude sur les ratio de formes : http://www.cooling-masters.com/temp/design.pdf
Je dois en avoir d'autres mais y en a trop pour rechercher... Toute facon y en a plein des études de ce genre, Google > fin efficiency par exemple , les publis des confèrences genre Itherm2004 ou autre aussi...

Après y reste le calcul de tout en CFD par algo génétique ou réseau neuronal mais bon

hmm ça reste à voir
vaut-il mieux une ailette fine et basse ou épaisse et haute ?

on peut approximer T° uniforme sur l'ailette en dessous d'une certaine hauteur, et le but est justement de trouver cette hauteur
après pour la forme, ben les ailettes seront planes (ou alors j'ai pas compris ce que tu veux dire)

je comprends pas pourquoi t'es pas enthousiaste sur cette démarche...


bon dans le pdf de l'exemple sur h, y'a tous les éléments pour calculer h pour de l'eau
c'est parti pour le calcul...

EDIT : voici les valeurs pour de l'eau à 50°C et je sais pas si elles changent beaucoup à 35°C (si ça change beaucoup dites-le moi)
masse volumique 988 kg/m3
viscosité dynamique 0.55.10-3Pa.s
conductivité thermique 0.639 W/(m.°C)
capacité thermique 4184 J/(kg.°C)

je vais prendre un débit de 300 l/h, et pour la vitesse v=D/S je vais considérer qu'il y a une section de passage de 50 mm² (tuyau 8int). c'est raisonnable ?

he les gars vous n avez pas de petite amie ?
pour aller chercher des truc aussi fou que ca ?

c est interessant mais faut avoir un niveau de fou rien que pour comprendre 1 tiers

mais bon heureusement qu il y as des gars come ca

oui bon je vais faire en sorte de mettre un résultat plus lisible et exploitable, parce que là c'est
mais ça arrive...