В этой статье мы продолжим изучение течения воздуха в кулерах. Рассмотрим теперь модели IGLOO 2400 и Molex 371040007. На первый взгляд, это совершенно разные устройства, как по размерам, так и по схеме охлаждения радиаторов. Но объединяет их одно очень важное сходство. Мы уже говорили в предыдущих статьях («Экспериментальное определение скорости воздуха в кулерах и вентиляторах», «Измерение скоростей воздуха за охлаждающими вентиляторами и кулерами») о провале скорости воздуха в центральной зоне за существующими вентиляторами, что негативно сказывается на теплообмене как раз в самой важной, находящейся напротив источника тепла от процессора, зоне. В этих моделях как раз эту проблему конструкторы пытаются обойти.
Создатели IGLOO 2400 пошли по самому простому и, на первый взгляд, очевидному пути — просто сдвинули вентилятор относительно центра радиатора на 6 мм. Почему именно на 6мм определяется, очевидно, геометрическими размерами примененного вентилятора. В этой конструкции его наружный корпус совмещается с одной из торцевых поверхностей радиатора.
Раньше всего при помощи термоанемометра DISA 55D80, по описанной в предидущих статьях методике, определим поле скоростей воздуха за вентилятором кулера.
Измерения проводились в сечении параллельном ребрам радиатора на расстоянии 28 мм (высота ребра) от выходного среза вентилятора. Использовался также и кольцевой насадок высотой 20 мм.
Полученные данные сравнивались с полем скоростей вентилятора от кулера CoolMaster, исследованного в нашей статье.
Обращает на себя внимание тот факт, что поле скоростей за вентилятором CoolMaster практически идентично полю скоростей за Igloo2400. Хотя первый по геометрическим размерам заметно меньше. Внешний диаметр проточной части 58 мм против 68 мм и высота 10 мм против15 мм. То есть более крупный вентилятор Igloo2400 не дает больших скоростей, хотя расход воздуха через него несколько выше за счет увеличения площади проточной части вентилятора.
Перейдем теперь к эффективности сдвига вентилятора относительно центра радиатора. Напомним, что отрицательные значения оси Х соответствуют потоку, текущему влево от оси вентилятора, смотря по направлению течения воздуха, положительная — вправо от оси. То есть, в нашем случае, центр радиатора расположен в точке +6 мм.
Отметим, что минимум скорости в центральной зоне вентилятора несколько смещен относительно оси его вращения и его положение зависит от направления вращения ротора вентилятора. Если он вращается против часовой стрелки, то смещение происходит налево, если по часовой, то направо. Так что в нашем случае конструкторы все сделали правильно, молодцы, не перепутали. В точке Х=0 мы имеем скорость воздуха 30%, т. е. 0,6 м/с (вся шкала 100% — 2м/с), в точке Х=+6 мм 54% (1,08 м/с), а точке Х= -6 мм мы имели бы всего 54% (0,72 м/с). Правда, если бы сдвинули на –18 мм, то имели бы 1,92 м/с, то есть более чем в три раза выше, чем в центре. Кстати заметим, что применение насадка дает почти туже эффективность, что и сдвиг, при Х=0 скорость равна 46% (0,92 м/с), чуть меньше, чем при сдвиге на 6 мм без насадка.
Логично предположить, что смещение вентилятора приведет и к перераспределению потоков воздуха в межреберном пространстве радиатора. Расход и скорость воздуха с короткой стороны, должны быть выше, чем с длинной. Что ж, определим скорости на выходе из щелей с обеих сторон радиатора. Как и прошлой статье измерения проводились на расстоянии 4,5 мм от его среза. Нумерация щелей справа налево по ходу течения воздуха в длинную сторону. Скорости определялись в четырех щелях (№5 и №23, №8 и №20), соответственно равно удаленных от боковой поверхности радиатора.
Ярко виден уже полученный нами ранее эффект неполного заполнения сечения щелей потоком воздуха, зависящий, в первую очередь от направления вращения вентилятора. Но при сдвиге вентилятора разница скоростей в симметричных щелях (№5 и №20, №8 и №23) с длинной стороны заметно меньше, чем с короткой. То есть, здесь воздух более равномерно заполняет межреберное пространство. Остается неясным, стоит ли применять такие высокие ребра и, тем более, зачем использовать сложную схему чередования высоких и низких ребер, как это сделано в Igloo2400, так как в верхней части каналов скорость равна нулю.
Влияние закрутки потока воздуха вентилятором сильно сказывается и не позволяет точно определить, насколько отличается расход по короткой и длинной стороне радиатора. В целом, картина течения не так сильно изменяется, и сдвиг вентилятора относительно центра радиатора не снял проблемы провала скорости. В центре радиатора скорость воздуха действительно увеличилась, но провал просто сдвинулся. И эффективность этого приема будет зависеть от теплопроводности материала радиатора. Да и вентилятор, применяемый в кулере Igloo2400 помощнее, чем в рассмотренных нами ранее Intel, CoolerMaster и Volcano. Количественно оценить влияние сдвига можно только на тепловом стенде. Так что, назрело время проводить тепловые исследования кулеров на специальном стенде, опираясь на их аэродинамические особенности.
Отметим, что значение скорости в точке 20 мм щели №20 не ошибка эксперимента, какой-то эффект, связанный с изготовлением данного кулера.
Рассмотрим теперь кулер Molex 371040007. Маленький, легенький и очень тихо работающий. Здесь тоже конструкторы пытаются решить проблему провала скорости в центральной зоне вентилятора. Только подход совершенно иной. Радиатор имеет форму цилиндра, диаметр которого соответствует диаметру центральной, нерабочей части вентилятора с одной стороны, и диаметру контактной площадки процессора с другой. То есть, по сути дела, происходит продольное обтекание воздухом цилиндра. Таким образом, зона низких скоростей исключена как класс. Вместо массивных ребер вставляется тонкая металлическая ленточка, разбивающая поток воздуха как бы на сектора.
Фото разобранного кулера.
Определим скорости воздуха за центральными ячейками кулера. Измерения проводились на расстоянии 1 мм от корпуса вентилятора.
Видно, что скорости воздуха в ячейках практически одинаковы. То есть, цилиндрический радиатор обтекается весьма равномерно.
На следующем рисунке изображена скорость воздуха за периферийными ячейками.
Здесь уже заметны три провала скорости за ячейками. Они точно соответствуют местам крепления кулера, где крепежные приспособления немного перегораживают проточную часть. Так что, даже маленькие, порядка 1мм, выступы заметно искажают течение воздуха. А так, в целом, тоже равномерная картина.
Скорость воздуха за боковыми отверстиями также равномерна и составляет порядка 0,6 м/с.
В общем, весьма любопытный и оптимизированный, с точки зрения аэродинамики, кулер.
К тому же, по данным тестовой лаборатории iXBT.com, эффективность кулеров серии 37104 оказывается на высоте, несмотря на мизерные размеры этих малюток. А кулеры серии 37165, похожие по своей идеологии на 37104, но размерами побольше и с медным внутренним цилиндром, успешно соперничают со стандартными моделями Cooler Master, Volcano и т.п.
Интересно было бы рассмотреть и другие способы выравнивания скорости воздуха в центральной зоне за вентилятором. Например, кулер Artic Cooling Super Silent 2000, где осуществлена идея использования конического насадка, как и рекомендовано в патенте, который был рассмотрен в предыдущей статье. Но, к сожалению, этот кулер нам не попадался.
Исходя из проведенных нами аэродинамических исследований, мы, все-таки, считаем, что с провалом скорости в центральной зоне за вентилятором надо активно бороться. И не просто тривиальным сдвигом его оси относительно радиатора. Думаем, что надо подробнее рассмотреть и другие схемы течения в кулерах. В частности, не только схему поперечного, по отношению к процессору, но и продольного движения охлаждающего воздуха.
