Influence de la source

En fonction du nombre de sources, de leurs dimensions et de leurs positions, il existe des configurations optimales pour assurer la meilleure extraction de chaleur possible. Le dissipateur à ailettes considéré pour cette étude a une longueur de 0,15m, une largeur de 0,12m, et une épaisseur de semelle de 0,008m. Il possède 10 ailettes d’épaisseur 0,004m et de hauteur 0,06m. La vitesse de l’air entre les ailettes est considérée de 4m/s, ce qui correspond à un coefficient d’échange convectif moyen de 22,7W/m2_K. 5.3.1.1.1 Cas mono source

On considère une source, dissipant 60 W, de 0,05m de largeur, et de 0,018m de longueur. Ainsi, le ratio de surface défini comme étant le rapport de la surface de la source, divisée par la surface de la semelle est de 5%. Un tel ratio de surface, même s’il est faible, est assez courant et concerne beaucoup d’applications. De plus, il permet de mettre en avant les effets de propagation tridimensionnelle de la chaleur dans la semelle.

La position de cette source influence les performances thermiques du dissipateur décrit plus haut. Cette dernière sera déplacée sur la surface de la semelle, comme on peut le voir Figure 90. Le centre de la source, pour chacune des positions prises, est marqué d’un point rouge.

Figure 90 : Position du centre de la source considérée, à la surface de la semelle. Lors de l’étude, la source de chaleur sera déplacée sur l’ensemble de ces positions.

L’observable défini dans cette section est la différence de température moyenne, donné par l’équation (71).

!-

.... B -./012#3M -ONY (71)

Comme on peut le voir Figure 91, l’écart de température le plus faible correspond à la position où la source est au centre de la semelle, ce qui semble logique puisque cela permet de diffuser uniformément dans les quatre quarts de semelle la chaleur produite par la source de chaleur et transmise par conduction

Figure 91 : Cartographie de l’écart de température moyen !-...., pour l’ensemble des positions étudiées, sans prise en compte de la variation de température d’air le long des ailettes.

Lorsque l’on prend en compte l’élévation linéaire de la température d’air le long des ailettes, dans le calcul de la température moyenne de la source de chaleur aux différentes positions détaillées Figure 90, on obtient la cartographie de température présentée Figure 92. Pour cette configuration, placer la source de chaleur au centre de la semelle permet d’évacuer au mieux la chaleur produite, et d’assurer une différence de température !T.... la plus faible possible.

Figure 92: Cartographie de l’écart de température moyen !-...., pour l’ensemble des positions étudiées, avec prise en compte de la variation de température d’air le long des ailettes.

5.3.1.1.2 Cas multi source

Lorsque plusieurs sources sont placées à la surface de la semelle, leur répartition joue également un rôle sur le comportement thermique du dissipateur. Il peut donc être intéressant, à partir du modèle présenté au chapitre 2, de chercher la répartition optimum de plus sources de chaleurs à la surface de la semelle d’un dissipateur, pour obtenir l’écart de température maximal !-.... le plus faible possible.

Pour la suite de cette étude on considère 3 sources répartie dans les différentes sections définies Figure 90. Chaque source présente les mêmes caractéristiques que la source définie en 5.3.1.1.1. Au vu des symétries de comportement observées Figure 91, seule 4 configurations de répartition des sources de chaleur seront étudiées dans cette section. Ces configurations sont détaillées Figure 93. L’élévation de la température de l’air le long des ailettes ne sera pas prise en compte cette fois, pour faciliter l’étude de la répartition des sources de chaleur à la surface de la semelle.

Figure 93: Représentation des différentes combinaisons de positions prises par l’ensemble des trois sources considérée pour cette étude. 4 jeux de positions ont été retenus.

Comme on peut le voir Figure 94, la configuration la plus adéquate est celle où les trois sources sont placées sur l’axe central. Lorsque les sources sont décalées, ou placées sur l’axe horizontal, une partie de la chaleur produite par les sources latérales s’ajoute à la chaleur à évacuer de la source centrale. Cela explique le fait qu’on retrouve, dans ces configurations, un écart de température de la source centrale supérieur à l’écart de température des sources latérales.

Figure 94: Cartographie de l’écart de température moyen !-...., pour l’ensemble des positions étudiées.

Pour ce type de configuration (semelle rectangulaire, 3 sources de chaleurs), la configuration optimale est donc la seconde configuration de la Figure 94. Par un algorithme déplaçant les sources placées aux extrémités de la semelle, nous avons pu vérifier que le placement optimal pour assurer un écart de température moyen maximal le plus faible possible était le placement proposé dans la configuration n°2 de la Figure 94.

Si la température de l’air varie le long de la semelle du dissipateur, ce placement de source n’est peut-

1 2 6 5 3 4 1 2 6 5 3 4 6 4 1 2 6 5 3 4 ΔT1=45.9°C ΔT1=48.2°C ΔT1=48.2°C 1 2 6 5 3 4 ΔT2=46.4°C ΔT2=46.4°C ΔT2=46.4°C 1 2 6 5 3 4 ΔT3=51°C ΔT3=51°C ΔT3=53.2°C 1 2 6 5 3 4 ΔT4=50.2°C ΔT4=50.2°C ΔT4=50.2°C

94, en prenant en compte l’élévation linéaire de la température de l’air de long de la semelle du dissipateur. La source centrale sera fixée, les deux autres sources prendront 50 positions sur leur section de semelle et se déplaceront comme représenté en Figure 95.

Figure 95:Représentation de la configuration où le placement des sources sera optimisé. La source centrale sera fixe. Les sources aux deux extrémités de la semelle varieront jusqu’à atteindre la source centrale. La

température de l’air variera linéairement suivant la longueur du dissipateur.

La position optimale obtenue assurant une différence de température moyenne maximale la plus faible, pour les configurations explorées est représentée en Figure 96.

Figure 96: Cartographie de l’écart de température moyen !-...., pour la position optimale obtenue après déplacement des sources de chaleur suivant l’axe vertical de la semelle.

La position assurant un écart de température moyen minimal dépend de nombreux paramètres : géométrie de la semelle, puissance à évacuer, nombre de sources, température de l’air ambiant…Si la semelle est par exemple carrée, ou si le nombre de sources augmente, la répartition optimale des sources de chaleur sera différente. Bien sûr, une optimisation réelle du placement des sources pour assurer un écart de température moyen le plus faible possible nécessiterait de déplacer chacune des trois sources sur l’intégralité de la semelle, en prenant en compte l’influence de chacun des paramètres sur les positions explorées. Pour des raisons de temps, ceci n’a pas été effectué au cours de cette thèse.

Il est possible, à partir d’un algorithme d’optimisation basé sur le modèle analytique présenté chapitre 2, de répartir au mieux les sources de chaleur à la surface de la semelle, pour obtenir l’écart de température moyen maximal le plus faible possible.