résistance thermique plaque froide

[quentino]

Bonjour,

J'aurais voulu savoir comment déterminer la résistance thermique d'un ensemble reprenant une plaque en cuivre et d'un tube en cuivre qui se trouve en dessous de la plaque sous forme de serpentin avec 7 coudes à 180°. Le tube en cuivre est alimenté en eau froide (13°C).
Le bute de cette plaque est de refroidir un ensemble de composants chauffant (environ 70°c) et dans un environnement fermé .

Je compte calculer la résistance thermique de chaque éléments:

Rthplaque = (e/λ*s) (par conduction)
Plaque vers la parois du tube en cuivre par conduction Rth= (ln (r2/r1)/2π λL)
la parois du tube en cuivre au fluide froid par convection Rth =(1/h*s).
Et du coup le Rth de la plaque serait la somme des résistance thermique.
Pour l'épaisseur et diamètre tube je partirai sur une valeur comme e= 10mm pour la plaque et le cuivre je me baserais sur un tube existant comme du 1/4" (soit 6.35mm) avec une épaisseur de 0.80mm.

Est ce correcte mon raisonnement? Ou il existe une manière bien défini?

Merci
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[RomVi]

Bonjour

Il faudrait faire une simu, est-ce que tu as un petit schéma du montage ?

[quentino]

Bonjour RomVi,

Voici une représentation de la plaque.
Les "bloc" sont des composants de puissances.

[quentino]

Est-ce qu'il y a un lien aussi avec le débit de l'eau et des pertes de charges pour déterminer la résistance thermique de la plaque et tube en cuivre?

[A voir en vidéo sur Futura]

[f6bes]

Bjr à toi,
Tu as donc DEUX évacuations de tes calories de tes modules chauffants.
D'une part par ton tube de cuivre (eau à 13 °)
ET
d'autre part par ta plaque de cuivre qui supportent tes modules.

Y a gros à parier que "l'évacurion" par la plaque de cuivre (sur laquelle PLAQUE bien tes modules) soit nettement supérieur
au CONTACT (tangentiel) que fournit le tube de cuivre.
Calcule donc la surface de contact du tube de cuivre contre les modules !
Ne pas oublier non plus la température ambiante dans laquelle baigne ta plaque de cuivre.

En gros ta plaque n'est qu'un refroidisseur ( à ailette) que 'on retrouve dans les montages électroniques de puissance....
pour des éléments (modules) chauffants Nettement plus.
Un bon ventilo suffit à évacuer les calories ,sans nécessité d'un montage à...eau.
Bonne journée

[RomVi]

Tu as fais ce schéma sur solidworks ?
Est-ce que tu as le module thermique ?

Effectivement l'équilibre thermique dépend du débit d'eau. Plus celui ci est grand et plus on favorise l'échange de chaleur.

[quentino]

Hello,

Pour répondre à vos questions, cette plaque + serpentin est en faite une autre solution existante avec un radiateur + ventilateur. Le bute est d'étudier une autre solution.
D'ailleurs je me pose la question si il n'est pas mieux d'utiliser une plaque en alu que le cuivre car sa masse volumique est plus basse mais sa conductivité est plus faible par contre que celui du cuivre.

J'aurais donc une plaque en cuivre de 400*400mm avec une épaisseur de 10mm.
Le diamètre extérieur du tube est de 12,70mm avec une épaisseur de 0,80mm

Dans l'environnement fermé on a une température d'environ 50-55°C et l'extérieur environ 26°C (bien ventilé). Le bute est de dissipé 4800W venant de l'ensemble des composants.

Le schéma a été faite sous Catia.

[Antoane]

Bonjour,

De ce que je comprend de l'idée générle de ton étude, il serait sans doute mieux de chercher dans la litterature scientifique des papiers détaillant le design et la charactérisation de ce genre de plaque froide. Cela permettrait par ailleurs de voir des strutures plus performantes.

[quentino]

Bonjour Antoane,

En faite ici le bute est de designer par moi même la plaque au lieu d'aller chercher directement une plaque à eau existant sur le marché.
Du coup malheureusement je n'ai donc aucune info technique sur ce concept

[RomVi]

Il est préférable d'utiliser du cuivre à l'alu, car les alliages d'alu classiques (2017, 7075...) ont une mauvaise conductivité thermique, et l'alu pur s'usine et se travaille très mal. En outre il sera plus difficile de souder le serpentin sur de l'alu. Sinon tu peux aussi utiliser du laiton. Une autre solution peut consister à graver le circuit d'eau directement dans la plaque avec une fraiseuse.

Pour affiner le design il serait préférable que tu maitrises un logiciel de simulation, sinon le résultat ne sera pas garanti, et les choix ne seront pas forcément optimaux, mais sans même faire de simu j'aurai tendance à dire que les points limitants seront les jonctions des composants avec la plaque, et la soudure du tube.
Dès que j'ai un peu de temps je ferais une simu approximative.

[Antoane]

Bonjour,

je parle de litterature scientifique, donc elsevier, ieee, etc. cela te donnera des idées de conceptions (combien de serpentins mettre, comment les connecter à la plaque, que mettre à la place des serpentins, etc) et de modélisation.

Les plaqus froides modernes n'utilisent généraleent plus cette struture, mais plutôt des strutures de "boites froides" usinées. èventuellement, le serpentin en cuivre est pris dans une matrice en alliage alu (cout + masse).

[RomVi]

Ce n'est pas tellement une question de cout, car l'usinage n'est pas négligeable, mais plutôt d'efficacité. Sur les échangeurs modernes on usine des micro canaux pour réduire l’influence de la couche superficielle et améliorer très fortement l'échange global par rapport à un tube classique (soudé ou usiné dans la masse)
On trouvera des pistes de conception dans la littérature, mais le vrai travail se fait lors de la simulation, car chaque cas est spécifique.

[quentino]

Merci pour les infos et l'idée de littérature.

[antek]

D'ailleurs je me pose la question si il n'est pas mieux d'utiliser une plaque en alu que le cuivre car sa masse volumique est plus basse mais sa conductivité est plus faible par contre que celui du cuivre.

La conductivité thermique varie avec la température !

[Antoane]

Bonjour,

Ce n'est pas tellement une question de cout, car l'usinage n'est pas négligeable, mais plutôt d'efficacité.

Est-ce pour des questions d'éfficacité qu'ils ont mis de l'alu là o'u ils auraient pu mettre du cuivre ?

https://www.amstechnologies-webshop....roduct-6074293

> La conductivité thermique varie avec la température !
Certes, mais pour l'aluminium, ce papier rapporte une diminution d'environ 8% entre 25 °C et 500 °C, soit -160 ppm/K

[RomVi]

Bonjour,
Est-ce pour des questions d'éfficacité qu'ils ont mis de l'alu là o'u ils auraient pu mettre du cuivre ?

Bonjour

Non ici c'est clairement pour une question de cout, l'alu étant moins cher. J'ai mal interprété ton message, et je pensais que tu parlais d'échangeurs à micro canaux usinés, qui ont un coefficient d'échange considérablement plus élevé que les modèles à tube comme sur ton image.

[quentino]

Hello,

Dans mon cas (selon mon design), est ce faisable de souder des tubes en cuivre sur de l'aluminium?
Merci Antoane, pour les documents c'est intéressant..

Autre question:

Avez-vous un logiciel de simulation thermique simple (et "professionnel") à me conseiller.


merci

[titijoy3]

je serai curieux de savoir comment ils évitent la corrosion à l'interface cuivre/aluminium

https://www.fenetrealu.com/uploads/d...atiment-74.pdf

[Antoane]

Bonjour,

A mon avis, ces plaques ne sont à utiliser qu'en considérant une atmosphère non condensante -- la condensation attaquant d'ailleurs rapidement l'électronique, en particulier les modules de puissance.

Dans mon cas (selon mon design), est ce faisable de souder des tubes en cuivre sur de l'aluminium?

He ne suis pas métaluriste, mais pas sûr que la soudure/brasure alu/cuivre soit aisée, voire possible.

Avez-vous un logiciel de simulation thermique simple (et "professionnel") à me conseiller.

FEMM 4.2 est très bien et facile interfacer avec MATLAB ouoctave, mais c'est du 2D.
Il y a une version étudiant de Ansys (https://www.ansys.com/academic/students/ansys-student), ainsi probablement que pour d'autres logiciels tels que Comsol

[Kissagogo27]

Bonjour, pour information

étude sur les waterblock a microstructures avec quelques modélisations

sinon comme sur les waterblocks CPU ou GPU , le parcours de l'eau au dos peut être usiné dans une plaque de PMMA pour éviter un soucis d'électro-érosion entres 2 métaux , l'eau sera en contact direct avec le dos de la plaque froide ... et le design peut être plus complexe ..