Fan et radiateur - sucer ou souffler?

Cette question a couvert pour les enceintes. Cependant, du point de vue du ventilateur fixé à un dissipateur thermique, le fait que l’air soit soufflé ou aspiré par les ailettes importe peu. En d’autres termes, le modèle de circulation de l’air est-il suffisamment différent?

C’est un sujet tellement vaste qu’il n’est pas vraiment un sujet auquel vous pouvez répondre par un simple, c’est mieux que l’autre.

Seul, le côté soufflage d'un ventilateur produit un "flot" d'air plus concentré, plus rapide et plus turbulent que le côté aspiration où l'air est aspiré presque également de toutes les directions. Vous pouvez tester cela assez facilement avec à peu près n'importe quel fan. Placez votre main devant le côté du coup et vous sentirez le flux d'air et l'effet de refroidissement. Mettez votre main derrière et l'effet est beaucoup plus difficile à détecter.

La turbulence améliore également grandement l'efficacité du transfert de chaleur. La turbulence est en fait votre ami.

Donc, à partir de ces seuls points de vue, le côté soufflé apparaît comme le meilleur côté refroidissement.

Cependant, il ne s'agit pas que du ventilateur.

La géométrie du dissipateur de chaleur choisi affecte également grandement les performances du ventilateur. Un ventilateur rotatif placé au-dessus de votre dissipateur thermique à ailettes linéaire typique sera en réalité plutôt inefficace. En fait, la région située directement sous le centre du ventilateur n’aura pratiquement aucun mouvement d’air. C'est bien sûr dommage, car c'est normalement là que se trouve la chose que vous essayez de refroidir.

De plus, à moins que les ailettes soient assez profondes, le flux d'air est généralement mal réparti. Trop peu profonde et la contre-pression résultante peut réellement "caler" le ventilateur. Dans ces circonstances, l'installation du ventilateur dans le sens "aspiration" peut réellement améliorer la situation, car l'air pénètrera de manière plus linéaire dans les côtés du dissipateur de chaleur pour combler le vide de pression créé par le ventilateur.

On pourrait soutenir que le dissipateur thermique illustré ci-dessus pourrait être plus efficace avec des ailettes plus longues et le ventilateur monté à une extrémité.

De meilleures conceptions utilisent des dissipateurs de chaleur radiaux comme celui ci-dessous. Comme vous pouvez le constater, le style ici est radialement symétrique par rapport au flux d’air sur toute la circonférence du ventilateur et offre par conséquent un transfert de chaleur plus homogène autour du noyau central.

Cependant, même avec ce style, le noyau lui-même est toujours mal ventilé. En tant que tel, il est généralement fabriqué sous forme de noyau solide à haute conductance thermique qui agit comme un caloduc. Même dans ce cas, en regardant l'image ci-dessous, la zone autour du noyau dans la section carrée qui touche la puce est en réalité un vide d'air assez inefficace. Une meilleure conception aurait cette zone remplie de métal dans une structure conique arrondie. Cependant, cela serait bien sûr impossible à extruder.

En fait, les matériaux et les préparations de surface font également une énorme différence dans la conception des dissipateurs de chaleur. Les matériaux hautement thermoconducteurs sont évidemment préférables, mais la surface doit également être suffisamment lisse pour ne pas permettre la formation de poches d’air ou pour attraper les particules de poussière, mais pas aussi lisse que l’air passe trop facilement dessus.

On pourrait bien sûr passer des années à perfectionner cette petite formule, mais en général, on ne veut pas d’un dissipateur de chaleur en chrome poli. L'aluminium sablé ou le cuivre sablé revêtu d'or, si vous pouvez vous le permettre, fonctionnerait beaucoup mieux.

La contamination est un autre problème grave.

La poussière et la saleté vont pénétrer dans votre ventilateur et votre dissipateur de chaleur. Au fil du temps, cela accumule et dégrade gravement les performances de l'appareil. Il est donc prudent de concevoir votre ventilateur et votre dissipateur de chaleur de manière à permettre le rinçage le plus automatique possible.

C’est là que les ventilateurs soufflent généralement. Avec un flux d'air contrôlé et si l'air entrant peut être maintenu propre, il a tendance à expulser la poussière du dissipateur de chaleur. Ce qui m'amène au point suivant.

Air Sourcing et Enlèvement

Vous pouvez dépenser des milliers de dollars pour mettre au point le ventilateur et le dissipateur de chaleur parfaits. Tout cela ne servira à rien si vous ne gérez pas le reste de l'air autour de votre système de refroidissement, en particulier dans une enceinte étanche.

La chaleur doit non seulement être évacuée de votre appareil, mais cet air chaud doit ensuite être évacué des alentours. Si vous ne le faites pas, vous ferez simplement recirculer l'air chaud et une défaillance thermique se produira toujours sur l'appareil que vous essayez de protéger.

En tant que tel, votre armoire doit être ventilée et vous devez également inclure des ventilateurs pour aspirer l'air froid de l'extérieur de l'enceinte. Ces ventilateurs doivent toujours inclure des filtres amovibles en maille et / ou en mousse pour contrôler la quantité de poussière ambiante aspirée dans l'appareil. Les panneaux d'échappement du type gril ouvert sont acceptables, cependant, pour un fonctionnement optimal, une pression positive doit être maintenue à l'intérieur du boîtier, de sorte que le flux d'air soit maintenu dans la direction de sortie afin de limiter à nouveau l'entrée de contamination.

Cas spéciaux

Partout où l'appareil doit être installé dans un environnement extrême, des mesures spéciales doivent être prises. Les environnements très poussiéreux tels que les broyeurs à plancher, etc., ou les environnements à température ambiante élevée nécessiteront soit de l’air canalisé directement sur le châssis, soit une unité scellée et un système de refroidissement à deux étages, éventuellement liquide.

Cas critiques

Si votre système contrôle quelque chose de critique, il est prudent d'inclure la détection thermique et éventuellement le contrôle actif du ventilateur dans votre système de dissipateur de chaleur. Ces systèmes doivent inclure la possibilité de se mettre dans un état sûr et d'avertir l'utilisateur de nettoyer les filtres ou de réduire de toute autre manière la chaleur ambiante autour du système lorsque cela est nécessaire pour éviter les pannes critiques.

Un point de plus

Vous pouvez consacrer un demi-an au développement de la meilleure conception de dissipateur de chaleur au monde avec des ventilateurs coûteux et un système de distribution d’air parfait, tous verrouillés puis épuisés par manque de composants thermiques.

Obtenir la chaleur de l'appareil que vous essayez de protéger dans le dissipateur de chaleur peut souvent être le point le plus faible du système. Les composants qui ne sont pas montés correctement sur le dissipateur thermique avec un matériau de liaison thermique approprié tue plus d'unités que le reste des problèmes combinés.

Votre processus de fabrication et vos procédures doivent être développés pour donner à ces aspects une priorité absolue.

Par exemple, si vous utilisez trois ou quatre transistors de style TO220 montés sur un seul dissipateur de chaleur, il est prudent de les monter mécaniquement sur ce dissipateur et, le cas échéant, sur le dissipateur de chaleur, AVANT de passer à travers le processus de soudure. Cela garantit que la connexion thermique est prioritaire.

Des pâtes, des crèmes, des gels et / ou des coussinets thermiquement électriquement conducteurs doivent toujours être inclus entre l'appareil et le dissipateur de chaleur pour combler les vides d'air causés par la non-planéité, ou des chocs sur la surface de l'appareil ou du dissipateur de chaleur.

Et garde-le propre. Une contamination de la taille ou un grain de sel, voire un cheveu errant, peut provoquer une défaillance thermique.

Le modèle de pression sera différent.

Lors du soufflage, la pression sur la surface du dissipateur thermique (parallèle aux aubes) sera plus élevée, ce qui signifie une conductivité thermique plus élevée à la surface.

En cas d'aspiration à travers les ailettes, la pression sur la surface des ailettes, orthogonale au flux d'air, sera plus élevée.

Je pense donc que la direction correcte du flux d’air dépend des rapports de dimensions du dissipateur thermique et de leur pondération en fonction de la répartition thermique. Empiriquement, on pourrait dire que lorsque son ampleur est beaucoup plus grande que sa profondeur, il est clair que souffler à travers est meilleur.

Ajout après le commentaire de andresgongora ...

Pensez à la pression atmosphérique en tant que tension et vitesse d'air en tant que courant, les obstacles orthogonaux à l'écoulement en tant que résistance, la convection résultante de chaleur en tant que puissance. Vous pouvez également penser que la pression entre la masse et la chaleur par unité de temps est régénérée par le débit d’air.

Ainsi, le modèle de pression ne donnera pas une image exacte de ce qui se passe là-bas. Un modèle complet de convection sera compliqué, mais il donne une bonne idée de la meilleure direction du flux d'air.

La chaleur est transférée par conduction, rayonnement et convection. Pour refroidir un circuit intégré, les trois modes sont utilisés: conduction de la matrice au radiateur, rayonnement du radiateur au milieu environnant, convection par déplacement de l'air. Les lois de Boyle et Charles nous donnent , où = pression, = volume, est une constante et est la température absolue. Maintenant, si nous voulons suivre les changements de température au fil du temps, nous pouvons différencier cette équation. Cela donne:P V k $PV = kT$$P$$V$$k$$T$

Si vous souhaitez déplacer de l'air dans un volume fixe, , par exemple un boîtier d'ordinateur ou son alimentation, alors ; et bien sur . Donc, l'équation simplifie à:d $V$d$\frac{dV}{dt} = 0$$\frac{dk}{dt} = 0$

En d'autres termes, si vous augmentez la pression au fil du temps, la température augmentera, et inversement. Pour vous aider à comprendre ce principe, considérons ces deux exemples:

1. Lorsque vous gonflez les pneus de votre poussette à l'aide d'une pompe à main, l'extrémité de la pompe la plus proche de la sortie devient assez chaude. Cet effet de chauffage est modifié par le terme P.dV / dt, qui n'est pas nul.

2. Si vous avez une pièce cubique dans votre maison avec des fenêtres et des portes sur les quatre murs verticaux et que vous avez un vent chaud venant du nord, vous pouvez refroidir la pièce en ouvrant la fenêtre / porte sur le mur nord de 50 à 100 mm, et en ouvrant les fenêtres / portes sur les autres murs de 200 à 500 mm. Cela abaissera la pression à l'intérieur de la pièce et abaissera la température.

Passons maintenant à la question de la turbulence.

La plus grande quantité de transfert de chaleur du dissipateur thermique (ou d'autres composants chauds) se produit sous un écoulement de fluide laminaire. Lorsque le débit d'air augmente, vous pouvez éventuellement atteindre un point où le débit d'air devient turbulent. Les effets de la turbulence sont:

• la surface effective du ventilateur diminue - demandez à n'importe quel pilote d'avion prop pour connaître l'effet de la propulsion sur l'augmentation de la vitesse de l'hélice au-delà de la ligne rouge du régime
• le bruit augmente = énergie perdue
• des tourbillons se forment, déposant des débris dans l’air dans les zones de faible vitesse
• l'efficacité du ventilateur diminue et sa température peut augmenter
• la cavitation se produit donnant lieu à des zones de flux d'air nul, et donc
  une élévation de température rampante.

Alors, la turbulence n'est certainement pas votre ami .

Vous pouvez essayer de réduire la vitesse du ventilateur pour réduire les turbulences; si le ventilateur était bien conçu, les angles des pales du ventilateur formeront des courbes continues pour tenir compte de l'augmentation de la vitesse de l'air lorsque l'air passe sur les pales. Donc, ralentir le ventilateur signifie que la courbure des aubes n'est plus correcte pour un écoulement laminaire. Cet effet est surmonté sur les hélices d'aéronefs et de grands navires en faisant varier le "pas" des pales, y compris le pas d'inversion. Cela n’est généralement pas possible avec la taille des ventilateurs de refroidissement utilisés dans les équipements électriques.

Enveloppement des fans

S'il y a un passage d'air continu et sans entrave du côté aval (haute pression ou sortie) au côté montant (basse pression ou admission), l'air sous pression supérieure ne fait que se déplacer sur le chemin le plus court vers l'entrée et le débit en aval est réduit. Vous le voyez tout le temps - hélices d’avion, hélices de marine (voir le dernier modèle de propulsion des navires de guerre espagnols fournis à l’Australie), ventilateurs de refroidissement à la maison bon marché. Pour surmonter cette perte et augmenter ainsi l'efficacité du ventilateur, les meilleures conceptions ont des haubans bien ajustés autour des extrémités des pales du ventilateur. Le doctorat de Frank Whittle incluait l'utilisation de ventilateurs à capot dans son moteur à réaction - beaucoup plus efficace que les hélices ouvertes et bon pour l'élévation rapide de la température afin d'augmenter la vitesse des gaz d'échappement.

Utiliser une main pour détecter le refroidissement

Le refroidissement que vous ressentez lorsque vous êtes en aval d'un ventilateur est principalement dû à la vaporisation de l'eau fluide résidant sur votre peau - la perte de 540 calories / gramme résultant de la vaporisation donnera certainement une sensation de fraîcheur. Mais l’effet sur les composants électroniques / électriques qui n’ont pas d’eau sur la peau est minime. Donc, utiliser votre main pour détecter une chute de température est un mauvais modèle.

EN RÉSUMÉ:

Sucer est mieux que souffler pour baisser la température. L'écoulement laminaire est le moyen le plus efficace de convection et d'évacuation de la chaleur. L'enveloppement des pales du ventilateur augmente l'efficacité et la rentabilité du ventilateur.

Je pense que cela dépend du design. Les principaux facteurs sont:

• pour obtenir de l'air plus froid et pour évacuer de l'air plus chaud dans la direction souhaitée. Si vous évacuez le dissipateur thermique, l'entrée d'air du dissipateur thermique peut se situer à proximité d'autres éléments chauffants. Par conséquent, la source d'air peut ne pas être à la basse température nécessaire, ou bien la température d'entrée peut changer avec le fonctionnement, modifiant négativement l'efficacité du système de refroidissement;
• la poussière pénétrant dans les petits trous du dissipateur thermique. Comme beaucoup de commentateurs l'ont dit, si vous soufflez dedans, vous avez un seul point d'entrée d'air qui peut être recouvert de filtre ou l'air peut tout simplement provenir d'un endroit plus propre à dessein. Si vous aspirez, la source d'air est très probablement située très près de la surface du PCB et des autres composants, aspirant ainsi distants.
• Il existe un autre moyen de concevoir un système de refroidissement. Si vous ouvrez un ordinateur portable contemporain ou un ordinateur haut de gamme, vous constaterez peut-être que l’eau ou un autre liquide est en cours de refroidissement et que le ventilateur n’a peut-être pas besoin d’être placé près de la puce; il peut être placé dans n’importe quel décor.

Ainsi, je vote pour l'entrée, mais encore une fois, tout dépend de la conception de l'appareil.

Je travaille pour une entreprise de technologie de réseau optique (télécom), et je traite toujours avec le refroidissement et la CEM. Excellents commentaires pour une décision de conception de base pour une question d’équipement à base de cartes / étagères - pour placer les ventilateurs du côté de l’entrée ou de la sortie du filtre à air.

Certains vendeurs de modules électroniques que nous avons utilisés nous ont dit que tirer de l’air réduit de 10 à 15% l’efficacité du refroidissement. Deux autres observations que j'ai sont les suivantes:
1) (gros) Les ventilateurs de l'INTAKE malheureusement réchauffent l'air par la friction et la dissipation thermique du moteur du ventilateur
2) en essayant d'ajouter des conduits / déflecteurs dans notre carte de circuit pour focaliser le flux d'air FAIT lamentablement si vous tirez l'air à travers la PCBA.

Il bloque simplement le mouvement de l'air, tout comme les éléments trop fins - de l'air pour contourner le radiateur! Je crois que la différence fondamentale réside dans le fait que PULLING génère des mouvements par différence de pression uniquement (moins de turbulences). Le bit PUSHING utilise une turbulence active et une différence de pression.

Lorsque la question est réduite à un dissipateur de chaleur [commun] et à un ventilateur [à pales axiales communes], elle mérite une réponse plus courte. Et la réponse est, comme d'habitude et malheureusement, "ça dépend".

(1) Lorsqu'un ventilateur est fixé au sommet d'un dissipateur thermique dans le sens de "l'aspiration", l'air pénètre dans les ailettes (ou les broches) de la matière laminaire (au moins par rapport à une plus grande échelle de vortex que la distance ailette / broche). En tant que tel, la couche limite autour des surfaces de transfert de chaleur est épaisse et le transfert de chaleur est plutôt médiocre. De plus, dans la construction d’éviers unilatéraux avec un ventilateur typique, il y aura une "zone morte" au centre avec un faible débit d’air, exactement à l’endroit où la chaleur est générée sous l’évier.

(2) Lorsqu'un ventilateur souffle dans les aubes du dissipateur de chaleur, le flux d'air sortant est turbulent et la couche limite thermique autour des surfaces métalliques est mince. Le flux d'air pénètre donc plus profondément dans la structure des ailettes et à proximité des surfaces métalliques, assurant ainsi un bon transfert de chaleur. Et la vitesse de l'air (turbulente) la plus élevée se situe autour du centre de l'évier, où le "stress" thermique est le plus élevé.

Donc, il semble que le cas (2) ait un avantage évident par rapport au cas (1). Malheureusement, il existe un autre facteur, à savoir les performances du ventilateur dans différentes conditions environnantes. Contrairement aux soufflantes qui créent une pression plus élevée par rapport à l’espace ambiant (et utilisées dans les conceptions de caloducs à l’intérieur des ordinateurs portables), les ventilateurs axiaux offrent une meilleure performance de flux d’air lorsqu’il aspire de l’air d’un espace plus étroit dans l’ambiance. Le cas (1) a donc une préférence ici. .

D'autre part, lorsqu'un ventilateur axial est confronté à une impédance aérodynamique élevée, comme lors de l'insufflation, il peut se "court-circuiter" et ne fournir que peu ou pas de débit d'air. L'utilisation d'un ventilateur axial présente donc un avantage dans les cas thermiques faibles (1), tandis que les performances du même ventilateur sont réduites en le faisant passer dans une zone sous pression (mais plus efficace du point de vue thermique).

Ainsi, le boîtier (1) a un transfert de chaleur médiocre mais de meilleures performances de ventilateur, et le boîtier (2) présente un meilleur transfert de chaleur mais des performances de ventilateur plus médiocres. Le résultat net est "ça dépend", ce qui inclut plusieurs facteurs tels que l'épaisseur des ailettes et l'espacement. Et cela dépend de la construction du ventilateur. Il existe trois types de ventilateurs axiaux, à tubes axiaux, à aubes axiales et à hélices, qui peuvent avoir des pales optimisées pour fonctionner dans un sens ou dans l'autre. Les ventilateurs axiaux à tubes ont également de bonnes performances en matière de pression et sont utilisés dans les serveurs lames. Donc, les résultats peuvent varier.

De toute évidence, le meilleur résultat peut être obtenu avec une conception à double ventilateur, comme celle-ci, où un ventilateur souffle et un autre aspire l'air.

Si le ventilateur et le dissipateur thermique sont enfermés dans un conduit d'air, le même flux d'air circule des deux côtés du ventilateur. La position du dissipateur thermique ne devrait donc pas avoir beaucoup d'importance. Pour une configuration "ventilateur au-dessus d'un radiateur", le côté soufflage offre définitivement un meilleur refroidissement.

Sucer ou souffler n'est pas une solution simple - cela se résume à (sans jeu de mots) la température de l'air traversant le radiateur, la vitesse de circulation et la contamination qui peut s'accumuler. Donc, la réponse simple est l’air le plus frais, le meilleur débit d’air et le moins de contaminants - n’est vraiment responsable que par des enquêtes et des expériences.

Dans la plupart des cas, le ventilateur en mode d'aspiration est bien meilleur que le mode de soufflage.

Si le ventilateur est placé en mode de soufflage, la force du vent serait bloquée et dissipée par le dissipateur thermique. La chaleur se dissiperait donc autour du dissipateur thermique. En conséquence, la même source de flux d'air serait aspirée par le ventilateur et la chaleur serait recyclée.

En mode d'aspiration, la chaleur sera soufflée dans une ligne plus concentrée, ce qui réduira beaucoup moins la chaleur.

Une exception serait que le ventilateur est suffisamment puissant pour évacuer la chaleur suffisamment loin du dissipateur thermique pour que le flux d'air ne soit pas recyclé. Alors le coup pourrait être meilleur car il est plus concentré, donc les flux d’air sont plus rapides (même débit d’air mais plus vite) et de ce fait, le vent lui-même deviendrait plus froid =)