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[TIPE] Fabriquer un ventirad ?

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yatto


Membre
Messages : 5

samedi 14 décembre 2013 à 15:57:32     
Bonjour !

Je suis en classe préparatoire Physique-Technologie (2e année), et je dois produire à la fin de l'année un Travail d'Initiative Personnelle Encadré (TIPE). Le thème de l'année est "transfert, échange", et j'ai pensé faire un sujet sur le refroidissement d'un processeur.

Moi et mon binôme avons donc à produire un exposé technique, agrémenté d'une expérience. Nous avons l'idée de calculer la chaleur dégagée par un ventirad, puis d'essayer le ventirad en conditions réelles; pour cela nous avons choisi le Raijintek Aidos, parce qu'il est pas cher, et parce que le constructeur fournit la valeur de la résistance thermique de son ventirad, ce qui donne des valeurs numériques pour les calculs.

Cependant, je me suis demandé s'il était possible pour nous de fabriquer un ventirad, histoire de faire une expérience plus consistante. Je pensais à un modèle d'essai, pas un truc qu'on est censé garder dans sa tour, c'est-à-dire que je me fiche de son encombrement et de son efficacité: tout ce qui m'importe, c'est qu'il dissipe suffisament la chaleur du processeur pour permettre une utilisation normale (j'ai pas dit "un coup d'OCCT" !). Les tests seront effectués sur mon propre ordinateur, doté d'un Core 2 Duo E6750 (d'après Intel, TDP de 65W). J'ai également à disposition un Pentium III à 450Mhz.

Est-ce que vous savez si c'est faisable ? Nous avons calculé en cours la chaleur dissipée par une ailette de refroidissement. Il s'agit, pour ce modèle théorique, d'un cylindre qui est collé à un thermostat. (Nous avons fait en cours l'équation de l'ailette mais pas sa résolution). Est-ce que c'est possible de modéliser un processeur et son ventirad comme un thermostat et une ailette, dans le cas d'un régime continu ?

Je vous remercie de votre attention .

Message édité par yatto le samedi 14 décembre 2013 à 16:04:54
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Rosco


Administrateur
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samedi 14 décembre 2013 à 17:16:59     


Explicite "calculer la chaleur dégagée par un ventirad", car un rad dissipe tout ce que la puce va lui communiquer, ni plus ni moins donc si tu la connais d'avance ça n'a pas trop d'intérêt. Si la puissance dissipée par la puce est inconnue, on peut l'estimer par calorimétrie mais ça demande un tunnel à air instrumenté pour connaitre précisément le débit d'air, les T° avant et après le rad (et idéalement en traversant de droite à gauche le rad et non pas en soufflant vers le CPU car ça complique méchamment la prise de mesures).

La Rth fournie par le fabricant est relative à un dispositif d'essai (un élément chauffant censé reproduire un CPU) donc pas très utilisable directement car chaque fabricant a le sien généralement et la valeur peut donc varier.

Tu peux fabriquer un rad simple si t'as envie en usinant un bloc d'alu par exemple si t'as des machines à disposition, mais autant acheter un rad tout bête à ce moment là (fait par extrusion et non pas usinage). Sinon, il y a la solution d'enfoncer des tiges d'alu dans une base en cuivre trouée, comme les premiers Swiftech ( http://www.hardware.fr/medias/photos_news/...MG0007011_1.jpg ), ça ne demande pratiquement pas de matos et donne de bons résultats.

Une modélisation à la main est "potentiellement" faisable, mais au delà du niveau prépa et de toute façon soumise inévitablement à d'importantes hypothèses simplificatrices, et à force de simplifier on n'obtient rien de bon. Les calculs à la main sont bien pour étudier des cas théoriques de base, ça devient vite le bronx sinon. Pas d'autres choix que de passer par une simulation numérique pour prendre en compte tous les aspects de l'échange de chaleur dans des cas réels.
yatto


Membre
Messages : 5

samedi 14 décembre 2013 à 20:40:07     
Excuse moi, je me suis mal exprimé. On cherche plutôt à savoir à quel point la chaleur peut s'évacuer de la puce au radiateur, puis du radiateur à l'air, mais ça commence à devenir plutôt compliqué. En fait, on cherche finalement à savoir si l'ensemble "proco+radiateur" arrive à atteindre une température fixe en régime permanent (ou si, à l'inverse, le contact proco/radiateur ne véhicule pas assez vite la chaleur, et dans ce cas, le processeur accumule la chaleur et chauffe... jusqu'à qu'il n'en puisse plus !). Donc on a également besoin de connaitre l'importance de la zone de contact, notamment avec la pâte thermique (on pensait l'aborder en 3e partie du truc, la première partie étant la modélisation, la deuxième partie l'expérience).

Pour l'instant, l'expérience consiste à prendre un ventirad (comme je l'ai dis, on pensait au Raijintek Aidos, mais finalement on peut le faire aussi avec le ventirad que j'ai en ce moment, un Arctic Cooling Alpine Pro 7), et à mesurer la température du processeur (via un logiciel) et celles du ventirad avec un petit thermomètre dessus (qu'on met en contact avec le métal avec un peu de pâte thermique, par exemple), en idle et en burn. C'est pas terrible, hein?

Pour ce qui est de l'usinage, on a une fraiseuse au lycée, et une machine d'usinage à commande numérique, donc ça pourrait se faire (on a déjà usiné de l'alu dessus). En revanche, il faut qu'on fasse des plans, qu'on demande l'autorisation, tout ça... bref il faut qu'on soit motivés et qu'on ait de la suite dans les idées.
Pour la modélisation à la main, c'est clair, on fait des simplifications monstrueuses (on considère que les heatpipes et le proco sont un thermostat, donc température constante, et que l'ailette à proprement parler est un des plans de dissipation de chaleur du radiateur). Pour ce qui est des simulations numériques, je ne sais pas trop quoi prendre. J'avais essayé Energy2D (gratuit) mais le fait que ça soit en 2D ça me perturbe un peu, je comprends pas bien comment ça marche. Sinon, j'ai cru comprendre quelque part que SolidWorks pouvait faire des calculs de transferts thermiques, et SolidWorks on l'a au lycée, ça tombe bien. Si tu connais d'autres logiciels de simulation de transferts thermiques, je ne dis pas non !

Message édité par yatto le samedi 14 décembre 2013 à 20:40:54
Rosco


Administrateur
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samedi 14 décembre 2013 à 22:36:08     
Il n'y a pas accumulation une fois passé la régime transitoire (car il faut bien réchauffer la masse au dessus du CPU), le champ de T° n'évolue plus et tout est fixe, c'est alors le régime permanent. Tout ce que le CPU dissipe est transmis à l'air (pas à 100 % par le rad car une petite partie part vers le socket pour être dissipée aux alentours).

La T° du rad n'est pas très indicative, car ça dépend où on la prend et ça dépend aussi du flux d'air notamment. Plus le flux d'air est important, plus le rad sera frais, mais la puissance dissipée est restée la même (~70 W si le rad dissipe 70 W).

SolidWorks dispose d'un module de simulation effectivement selon la version, c'est un peu une boite noire où l'on ne maitrise pas grand-chose pour être facilement utilisable, mais ça te sortira de jolies images si tu veux . Les vrais softs de CFD sont hors de ta portée en termes de connaissances à posséder (Ansys Fluent, Flotherm...).

Un truc intéressant peut être de montrer que plus l'on ventile et moins on y gagne, on tend vers un palier de T° car le rad a justement une Rth non nulle et qu'on ne pourra jamais le descendre au niveau de la T° ambiante avec ce genre de système. Tu sors un graphe T° CPU = f(tension du ventilo) par exemple, tu verras bien la courbe d'efficacité du rad.
yatto


Membre
Messages : 5

samedi 14 décembre 2013 à 23:54:47     
Je crains que malheureusement, ma carte mère ne supporte pas la régulation du ventirad en vitesse par PWM. En revanche, ma carte graphique (une Radeon HD6850, faite par Sapphire) a un ventirad à vitesse réglable via ses pilotes, du coup je pourrai voir avec ça (je l'entends tourner quand je le pousse à toute vitesse)

Je suis d'accord qu'il n'y a pas d'accumulation après le régime transitoire, ensuite ça dépend à quelle température on arrive en fin de compte: si le régime permanent s'établit pour 110°C par ex. y'a un vrai problème !
Et pour le graphe T° = f(tension), je la fais à la main avec mes petites données expérimentales, j'imagine (relevés de température de GPU et de la vitesse du ventirad). Cependant, j'ai pu lire que les moteurs sont "brushless" dans les ventirads, du coup je ne sais pas si on peut toujours appliquer les équations du moteur à courant continu qu'on nous a fait apprendre (ou alors on dit que c'en est un, et puis baste...), notamment E = k * Omega avec E la tension et Omega la vitesse de rotation.

Mais je comprends pas le "plus on ventile, moins on y gagne". Enfin, ventiler à fond, ça refroidit un peu mieux, même si évidemment on n'atteindra pas la température extérieure... du coup, on n'y gagne pas moins (enfin c'est peut-être juste ton expression que je ne comprends pas). A moins que tu ne veuilles dire par là que le surplus de tension qu'on met dans le ventilateur ne sert à rien par rapport à la tension qu'on lui met quand il tourne "à vitesse normale en idle", ça n'apporte rien de plus, en fait.

Quelques valeurs numériques: La température dans mon boitier est de 29°C (relevée avec un thermomètre). En idle, pour mon ventirad de CG, il tourne à 1100 tours par minute, et le GPU est à 35°C. Toujours en idle, à vitese max, il arrive à 4200 tours par minute, le GPU passe à 32°C. La différence est faible. Je testerai ptet avec un bench GPU, pour avoir une autre courbe, plus significative.
(le GPU est à 775 Mhz d'après les pilotes graphiques)
Rosco


Administrateur
Messages : 25913

dimanche 15 décembre 2013 à 00:17:39     
Le "plus on ventile, moins on y gagne" veut dire que l'on gagne quand même (+ de débit = + d'efficacité, on tend vers le palier), mais on gagne moins en valeur absolue à passer de 10 à 12 V que de 5 à 7 V par exemple. On ventile déjà tellement à partir d'un moment qu'on ne peut plus gagner grand-chose quoi, le rapport "gain en T°" par rapport aux "moyens déployés" devient "mauvais". C'est ce genre de graphe là, ici c'est pour de l'eau mais c'est rigoureusement identique pour de l'air :

Image

Pour le ventilo, oui la loi est la même, le débit d'air est proportionnel à la tension, mais seulement lorsqu'il n'y a pas d'obstacles devant car les pertes de charge occasionnées par le rad évolue de manière quadratique avec le débit d'air et donc ce n'est plus vrai une fois les 2 éléments assemblés. C'est pour cela que je n'ai parlé que de tension et pas de débit d'air car ça ne se mesure pas facilement.
Reznor


Kurdonoob
Messages : 139

dimanche 15 décembre 2013 à 03:13:49     
C'est pour ça que je vous aime les mecs, même si je participe pas bcp
Vous êtes des vrais passionnés, tjs prêts à donner des conseils, et ça c'est vraiment super.

voilà fin du HS

Sinon, question p-e bête, mais pour faire des études théoriques, je me demandais si il ne pouvait pas être pertinent d'utiliser des peltiers pour simuler la chaleur du processeur. Ça coûte pas très cher, ça peut chauffer très fort, et ça permettrait de faire des études théoriques pour étoffer votre TIPE.

Après c'est p-e pas pertinent, je suis pas thermodynamicien, juste informaticien

Message édité par Reznor le dimanche 15 décembre 2013 à 03:15:04
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27384

dimanche 15 décembre 2013 à 11:30:11     
ben dans ce cas là on prend un système réel, on fait des mesures, ensuite on usine un die de la taille du CPU utilisé, on pose une résistance de puissance, on utilise le mm ventirad + système de mesure, et on cherche une puissance équivalente a celle du CPU pour obtenir les mm courbes en fct des paliers de puissances dissipées par la résistance :mad: ( facile sur la résistance ^^ )
yatto


Membre
Messages : 5

dimanche 15 décembre 2013 à 12:00:50     
Quitte à simuler la chaleur, deux résistances et une prise USB et c'est fait.

Et dans ce cas, on a une source de chaleur connue et modulable (en imaginant qu'on branche ça à un générateur variable, genre GBF du lycée). Et on peut faire varier la tension du ventirad et obtenir une courbe comme celle que Rosco montre.

@Kissagogo27: Je vois qu'on a eu la même idée. On s'est fixé comme but de l'étude de connaitre la chaleur dissipée par un ventirad (donc le transfert thermique que le ventirad est capable de faire avec l'extérieur).

On commence par faire une modélisation avec un quelconque logiciel, je pense que ça se fera par SolidWorks parce qu'on l'a. On peut sortir la courbe "T°=f(tensionduventilateur)", j'imagine.

Puis on réalise l'expérience, on met un ventirad sur une base chauffante qui simule le proco et on regarde à quelle température la base chauffante arrive. On peut ainsi sortir la courbe réelle"T° = f(tension)" et la comparer avec la courbe théorique. Tiens, d'ailleurs, les constructeurs suivent un protocole de test pour la trouver, cette Rth (d'après Rosco, enfin ça parait évident maintenant qu'il le dit), du coup on peut peut-être demander à Raijintek comment ils ont fait pour leur Aidos, et tenter de retrouver la même valeur en reproduisant le test qu'ils ont fait (enfin, avec nos moyens).
--> Par conséquent je ne vois plus trop l'intérêt de faire le test avec un véritable proco... il suffit de produire une puissance comparable au TDP du processeur, non?
Et finalement, on devrait être capable de retrouver, avec le profil de température de la base chauffante en fonction de la tension du ventirad, la Rth du ventirad (faudrait que je revoie mes cours là dessus...)

Enfin, troisième partie, on parle de l'influence du contact entre les métaux ça se verra peut-être entre les courbes, peut-être pas ?), et l'importance de la pâte thermique (avec, simplement, un test avec/sans pâte thermique sur la base chauffante, histoire de voir qu'elle est très importante, même pour des surfaces bien usinées; usinages qu'on pourrait même parfaire au lycée, pourquoi pas).


Bon, tout ça, ça se profile. On peut au moins tracer des courbes et les comparer. Je ne sais pas (je ne sais plus) si on peut trouver la Rth par les résultats de l'expérience, faudra que je relise mes cours.
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27384

dimanche 15 décembre 2013 à 12:25:06     
dommage que le site de leguman ne réponde plus présent, leguman.ht.st
on va essayer avec la web time machine
bon ben grâce a webarchive.org j'ai trouvé le site chez free hors redirection *-*

http://gluondutrou.free.fr/fr/index.htm
Reznor


Kurdonoob
Messages : 139

dimanche 15 décembre 2013 à 14:38:29     
wep, au niveau de la génération de chaleur c'est ça le concept. Après je sais pas jusqu'où vont des TICE, si c'est juste un espèce de TPE amélioré pour Prépa ou un dossier complet à créer.
Je trouvais que se limiter à tes deux processeurs disponibles pour faire de la thermo pertinente c'était un peu dommage. Ca peut faire une bonne mise en pratique, mais à mon très très humble avis, pas un support pour une étude complète et pertinente, même en faisant de l'OC.

Après t'as plus de connaissances que moi concernant la mise en pratique, j'avais pensé aux peltiers uniquement parce que je sais que ça peut chauffer très fort et que ça coûte pas trop cher

Ceci dit, je laisse les pros parler
yatto


Membre
Messages : 5

dimanche 15 décembre 2013 à 21:12:40     
Merci beaucoup pour toutes ces précisions ! Je voulais juste vous dire que je n'ai pas d'internet en semaine, donc si vous postez des choses ici je ne le saurai que le week-end prochain.

Pour l'instant, on se cantonne à ce qui est décrit ici. N'hésitez pas à poster des commentaires sur le document ou sur le forum, c'est toujours très constructif et ça m'aide beaucoup !

Je vous souhaite une excellente semaine
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