Conception des jupes pour radiateurs – Page 1

Tout d’abord pour ceux qui ne connaissent pas forcément ce qu’est une jupe, voici ci-dessous la photo d’un radiateur comportant 2 jupes de chaque coté et utilisant la technique du « push-pull ». C’est à dire qu’on additionne les pressions statiques des 2 ventilateurs en les mettant en série (un souffle l’autre aspire) pour lutter plus efficacement contre les pertes de charges (frottements) engendrées par la traversée des ailettes. On peut se rapprocher ainsi du débit maximum qu’un ventilateur peut donner. Les débits des 2 ventilateurs en série ne s’additionnent pas, seules les pressions statiques s’additionnent ! Il n’est toutefois pas nécessaire d’en mettre 2 mais cela peut permettre de faire tourner moins vite les 2 ventilateurs, tout en assurant un bon flux d’air, en générant moins de bruit, ou en ventilant efficacement un radiateur très dense :

Un circuit de watercooling comprenant un bon waterblock mais un radiateur mal ventilé ne sera pas terrible d’un point de vue performances. Certes, il refroidira car n’importe quel circuit, même mal fait, refroidit à un certain niveau mais c’est gâcher le potentiel des différents éléments, et notamment du bloc qu’on aura sûrement payer cher pour rien… En effet, le bloc sera capable d’évacuer efficacement l’énergie calorifique du processeur mais le radiateur n’étant pas capable de dissiper aussi efficacement l’énergie contenue dans l’eau, celle-ci va voir sa température (T°) grimper à un niveau élevé. La différence de T°eau et T°air à l’équilibre thermique (quand plus rien ne bouge en température) vaudra par exemple 10 à 20 °C et donc le bloc recevra de l’eau « chaude ». La température T°air sera supposée constante.

L’efficacité d’un radiateur à évacuer la chaleur de l’eau dépend d’une part de la différence de température T°eau-T°air, et d’autre part du débit d’air et d’eau qui le traverse. En clair, si l’eau arrive à la même température que l’air ambiant, disons 20 °C, l’efficacité du radiateur est nulle car il ne dissipe rien (on négligera les faibles pertes par convection dans les tuyaux et blocs par la suite). Maintenant dans un circuit de watercooling, admettons que le processeur dégage 100 W, l’eau va se charger de cette puissance de 100W d’où une hausse de sa température. Arrivant à quelques dixièmes de degrés au dessus de T°air dans le radiateur, cette différence est trop faible pour que le radiateur ait une efficacité suffisante, il dissipera donc extrêmement peu au début de la montée en température. L’eau va continuer à chauffer puisque l’on n’évacue pas toute la chaleur accumulée. Lorsque l’on arrive à une différence de 1 °C entre T°eau et T°air par exemple, le radiateur va commencer à avoir une certaine efficacité (c’est une évolution continue bien sûr ça n’augmente pas d’un seul coup) et dissipera par exemple 10 W, il y a donc 90 W qui resteront dans l’eau.

Bref vous avez compris, l’eau va au fur et à mesure chauffer, augmentant ainsi la différence entre T°eau et T°air, ce qui augmente en conséquence l’efficacité du radiateur et donc les pertes d’énergie vers l’extérieur. En continuant ainsi on va arriver à l’équilibre thermique du système, ou régime permanent, où plus aucune variable ne va changer (au bout de 3 h de full load suivant la masse d’eau par exemple). On a équilibre entre ce que l’on gagne (processeur) et ce que l’on perd (radiateur) avec de l’eau qui a acquis une certaine température. Le radiateur et le processeur dissipent exactement la même puissance uniquement à cet équilibre.

Le cycle ci-dessous montre comment cela se présente à différents instants du cycle d’un full load (les températures sont arbitraires et l’animation dure 70 s) :

Tout le but d’une jupe est d’améliorer la ventilation de chaque ailette. On vient ainsi changer la courbe d’efficacité du radiateur d’une manière simple. Si avant la jupe, pour un débit d’eau donné et un écart de température eau/air de 1 °C provoquait une perte de 10 W par le radiateur, la jupe permettra de faire passer cette perte à 15 W par exemple. Au final, on atteint l’état d’équilibre plus rapidement avec une température d’eau moindre évidemment et donc des performances de refroidissement accrues.

La différence de température entre un système sans jupe et le même avec jupe peut atteindre jusqu’à 8-10 °C en moins pour l’eau, ça dépend du radiateur et de la puissance à dissiper évidemment. Tout ceci avec d’autres avantages appréciables au niveau du bruit généré qui sera moindre. Un ventilateur collé sur le radiateur va générer plus de nuisances sonores du fait de la turbulence créée entre les pales et les ailettes du radiateur, ce qui est considérablement réduit avec une jupe du fait de l’éloignement entre les deux. L’intérêt d’une jupe est très facile à comprendre avec ce qui suit…

L’illustration ci-contre montre le cas typique d’un ventilateur de 120 mm collé directement contre le radiateur. La zone rouge représente la surface balayée par les pales et donc soumise à un flux d’air. On voir très nettement que la surface balayée est ridicule par rapport à la taille du radiateur. Un rapide calcul nous donne une surface ventilée égale à 35% de la surface totale, autant dire rien du tout ! A noter la « zone morte » au milieu due au diamètre du moteur central. Les 65% restants sont donc soumis à une convection naturelle avec l’air ambiant qui, en terme d’échange thermique, est bien la pire des solutions ! De plus, cette façon de mettre le ventilateur contraint l’écoulement d’air à passer dans une zone assez réduite à grande vitesse et cela occasionne des pertes de charges élevées à la traversée du radiateur (elles augmentent au carré de la vitesse). Ceci a pour conséquence de réduire le débit d’air global qui passera au travers des ailettes. Donc au final, on y gagne rien du tout bien au contraire.

L’intérêt de la jupe sera de prendre en compte toute la surface de refroidissement disponible en éloignant le ventilateur et en canalisant l’écoulement d’air d’une certaine manière.