Проверка эффективности разных вариантов установки вентилятора - Push, Pull, шруды, бутерброд

20.08.2011 19:00 MaxOblivion
Печать
Нравится

Проверка эффективности разных вариантов установки вентилятора - Push, Pull, шруды, бутербродВопрос правильной установки вентиляторов зачастую не менее важен, чем выбор самих вентиляторов. Более того, уже при проектировании системы следует учитывать как будут стоять вентиляторы  - на вдув или выдув, будут продувать радиатор или тянуть из него воздух. Так как же эффективнее расположить с любовью отобранные вертушки на радиатор? Имеет ли смысл установка шрудов? А может лучше сразу по 2 вентилятора в бутерброд? На все эти вопросы я постараюсь ответить, но начать стоит немного с другого.

 

 

 

10,47 кВт*ч – ровно на столько накрутился счетчик тестового стенда при проведении тестов для данной статьи. Если считать, что мощность нагрева была постоянной и составляла 150 Вт, то путем нехитрого подсчета получаем цифру в 69,8 часов. Прибавим сюда время на подготовку к каждому этапу тестирования (смена вентилятора, установка шруда, смена радиатора), замеры уровня шума (80 разных режимов), подготовку фотографий и схем. Минимум набегает на сотню часов, даже больше. Но оно того стоило.

Так почему же могут вообще различаться результаты при различной установке вентиляторов? Казалось бы, что в вязкой среде толкать проще, чем тянуть. Центробежные насосы и помпы обычно обладают высотой подъема в 5-10 раз больше, чем всасывания (речь, понятное дело, идет  о самовсасывающих насосах центробежного типа). Да и с воздухом ситуация схожая: проще весь воздух прогнать, протолкнуть через радиатор, чем тянуть его в обратном направлении. Но всегда есть но.

Есть такие понятия, как ламинарность и турбулентность.

Ламинарность - упорядоченное движение вязкой жидкости (или газа) без междуслойного перемешивания с убывающей от центра трубы к стенкам скоростью потока.

Турбулентность - хаотическое движение жидкости (или газа) с беспорядочным движением частиц по сложным траекториям и почти постоянной по сечению скоростью потока.


При упрощенном рассмотрении ламинарный поток – это река. В центре скорость течения максимальная, а ближе к берегу она постепенно уменьшается. Поток воды, текущий по шлангам в контуре СВО (и не только СВО), тоже можно назвать ламинарным. Но поток воздуха, создаваемый обычным осевым вентилятором ни разу не ламинарный. Более того, он, если можно так сказать, обратно ламинарный в плане скорости движения частиц – в центре скорость минимальна, а по краям – максимальна.

И все бы ничего, но в определении ламинарности присутствует слово «упорядоченное движение». А поток воздуха, создаваемый вентилятором, лишь в редких случаях можно назвать упорядоченным, ему больше подходит слово из определения турбулентности – хаотичный. Но и турбулентностью тут не пахнет – поток совсем не «почти постоянный по сечению».

Что же все это означает на практике? Если мы установим вентилятор на радиатор, то скорость потока изменится незначительно, также незначительно изменится и объем прокачиваемого через радиатор воздуха. Но воздушный поток у нас неравномерный по всему сечению, а это приводит к тому, что создаются мертвые зоны в центре. Часть радиатора обдувается интенсивно, а часть практически без обдува. Уверен, что часть читателей сейчас воскликнет – если средняя скорость потока, например, 3 м/с, то в мертвой зоне она будет, например, 1 м/с, а по краям – 5 м/с. Т.е. по краям скорость выше некой усредненной, следовательно, охлаждаться ламели радиатора будут лучше. Т.е. грубо говоря, когда часть радиатора обдувается потоком 1 м/с, а часть – 5 м/с, будет примерно равно по эффективности тому варианту, когда поток везде постоянен и 3 м/с. Цифры просто для примера.

Мысль интересная, но давайте разбираться. Возьмем радиатор – EK CoolStream RAD-XT. Возьмем вентиляторы – Scythe GT, каждый из которых через этот радиатор при 900 об/мин прокачивает 10,3 CFM, а при 1850 об/мин – 22,1 CFM. Вот разница в скорости потока в 2 раза, сейчас нас не сильно волнует какой именно там поток, рассмотрим именно разницу в эффективности двух потоков воздуха, различающихся по скорости в 2 раза. Смотрим на результаты тестирования этого радиатора: при дельте в 15 °С и при скорости вращения вентиляторов 900 об/мин – 426 Вт рассеиваемой мощности. При 1850 об/мин – 675 Вт. Разница в скорости потока (10,3 CFM и 22,1 CFM) – 114 %. Разница в эффективности охлаждения (426 Вт и 675 Вт) – 58 %. Т.е. грубо говоря, увеличение скорости потока в 2 раза улучшает эффективность охлаждения лишь на 50 %.

Да, можно возразить, что с ростом скорости вращения меняется форма потока, меняется мертвая зона и еще кучу аргументов. Можно, конечно. Но тот факт, что увеличение эффективности охлаждения не пропорционален росту скорости потока (именно в контексте радиаторов СВО) доказан.

Так что же делать рядовым пользователям? Ушлые инженеры придумали штуку под названием шруд (Shroud). Если точнее, то в английской транскрипции слово звучит ближе к «шрауд», но более короткое «шруд» прижилось лучше. Дословно можно перевести как «кожух», а проще говоря – это проставка между радиатором и вентилятором. Задумка в том, чтобы создать некий объем для воздуха, чтобы радиатор продувался именно давлением воздуха, а не закрученным потоком. Дополнительно это должно снизить и уровень шума, т.к. прямой поток воздуха создает намного меньше завихрений и прочих паразитных явлений. Получилось или нет – узнаете чуть позже. Но сразу же хотелось бы сказать, что если положить вентилятор на стол «выдувом» вниз, то расстояние между плоскостью стола и крыльчаткой будет 5-10 мм в зависимости от вентилятора. Да и у радиаторов есть зазор между плоскостью крепления вентилятора и непосредственно самими ламелями, которые еще относят радиатор на те же 5-10 мм.

Итак, приступим. Тесты проводились на двух радиаторах: EK CoolStream RAD-XT 120 и Black Ice GTX 120. Вентиляторы – Scythe GT 1850 об/мин и Noiseblocker PL-2 1400 об/мин. Тестирование проводилось на стенде для испытания радиаторов, мощность нагрева была неизменной – 150 Вт. Эффективность охлаждения отслеживалась по дельте вода-воздух, т.е. насколько выходящая из радиатора вода теплее температуры окружающего воздуха.

Начну со связки EK + Scythe GT:

Push – традиционная установка вентилятора, комплектных винтов отлично хватает, чтобы поставить еще и силиконовую прокладку, которая идет в комплекте к шруду TFC.



Pull – вентилятор устанавливается наоборот, тем самым вытягивая воздух из радиатора. Так же применялась силиконовая прокладка.



Push + Shroud – добавился шруд TFC, винты при этом использовались уже длиной 55 мм (такие же идут в комплекте вентиляторов Triebwerk).



Pull + Shroud – аналогично pull, только добавился шруд. Стоит сказать, что 55 мм винты М3 слишком длинные, несмотря на прокладку, увеличивающую общую толщину конструкции, есть немалый риск упереться в ламели радиатора.



2 Fans – так называемый «бутерброд», когда на радиатор с двух сторон устанавливается по вентилятору.



А теперь посмотрим - что же из всего этого получилось. Для начала без учета уровня шума, сравним эффективность разных вариантов установки вентилятора при одинаковой скорости вращения. Меньше – лучше!



Вариант с установкой сразу двух вентиляторов победил, в этом не было и сомнений. Но удивительно другое – на втором месте Pull, а уже только после варианты с применением шрудов, а Push – в самом конце. Особенно разница заметна на скоростях вращения ниже 1000 об/мин, Push + Shroud лучше, чем просто Push, но Pull в любом случае компактнее и эффективнее. Отмечу, что при установке вентилятора в варианте Pull очень важно позаботиться о надежной герметизации, т.е. силиконовые прокладки крайне желательны, а при затягивании винтов халтурить не стоит.

А что же у нас с шумом? Напомню, что меньше – лучше, т.к. цифра показывает насколько вода теплее окружающего воздуха.



Цифры можно посмотреть на первой диаграмме, а тут они лишь усложнят восприятие. По итогам можно сказать, что при скорости вращения ниже 1000 об/мин шруд действительно полезен, выигрыш может составить до 3-4 С°. С увеличением же скорости вращения традиционный Push немного вырывается вперед. А вот Pull вновь недосягаем, разве что в диапазоне 1000-1300 об/мин с ним может поспорить вариант с установкой сразу двух вентиляторов.
Уже на этом этапе хочется сказать, что разница по большей части минимальна. Да, в тихом режиме можно отыграть несколько градусов, но стоят ли они утолщения всей конструкции на 30 мм?


Впрочем, быть может с другими вентиляторами ситуация изменится? EK RAD-XT 120 + NoiseBlocker PL-2:

Push:



Pull:



Push + Shroud:



Pull + Shroud:



2 Fans:



Если Scythe GT сложно отнести к обычным вентиляторам (больше лопастей, больше диаметр ротора, форма лопастей), то NoiseBlocker PL-2 – практически типичный представитель стандартных вентиляторов. Но изменится ли что-нибудь?



Разброс между различными вариантами установки вентилятора уже меньше, даже при 800 об/мин разница между лучшим и худшим результатом всего  2 °С. Бутерброда вновь в лидерах, с переменным успехом за ним следует Push, а в тихом режиме второе место делят варианты Pull и Pull + Shroud.

А что же у нас с шумом?



И вновь результаты очень плотные, на этот раз разница максимум в один градус в тихом режиме. Но лидера все же выявить можно – это вариант Push. Но справедливости ради нужно отметить, что разница минимальна. А высокий шум сразу двух вентиляторов не позволил выйти «бутерброду» в лидеры, как в случае с Scythe GT.

Подведем промежуточные итоги. Толк от шрудов есть, но не всегда положительный. Герметичность крепления вентилятора к радиатору – залог максимально низкой температуры. С Scythe GT лучший вариант – Pull.

 

 

 


 


Тесты с Black ICE GTX


Но ЕК RAD-XT – радиатор с довольно низкой плотностью оребрения, всего 12 FPI. Самое время взять другой радиатор – Black ICE GTX, у него плотность 20 FPI. Непосредственно от плотности зависит не только усредненный объем воздуха, проходящий через радиатор (он, к слову, лишь чуть меньше, чем для EK RAD-XT), а соотношение мертвой зоны и зоны активного обдува. В случае с ламинарным потоком разница в эффективности была бы практически при любой интенсивности обдува в пользу более оребренного радиатора. Но у нас-то поток не ламинарный…


Начнем с Scythe GT:

Push – комплектные винты М4 достаточно короткие и их едва-едва хватает, чтобы использовать прокладку.



Pull:



Push + Shroud – винты TFC достаточной длинны, чтобы без проблем закрепить и с прокладкой. Без нее есть риск упереться винтом в ламели радиатора.



Pull + Shroud:



2 Fans:



Стоит отметить, что даже с прокладкой по бокам остаются небольшие зазоры из-за особенности радиатора. Т.к. у нас исследование именно вариантов установки вентилятора, а не особенностей радиатора Black ICE GTX, данные щели были дополнительно герметизированы.

А результаты следующие:



Результаты интереснее, правда? «Бутерброд» вновь вне конкуренции, но и Pull не сдается. Push в аутсайдерах, что меня ничуть не удивляет. Кстати, если с радиатором EK увеличение скорости вращения с 900 до 1850 об/мин приводило к снижению дельты от силы раза в 1,5, то в данном случае для вариантов с одним вентилятором мы можем наблюдать практически двукратное снижение дельты. Но происходит это скорее всего не из-за того, что скорость потока в зоне активного обдува увеличилась в 2 раза, а потому, что эта самая зона из-за возросшей скорости потока и его давления увеличилась. И когда говорят «радиатор сложно продуть», то фраза означает не высокое сопротивление радиатора воздушному потоку, а сравнительно малую зону активного обдува при низкой скорости вращения.

Кто-нибудь из читателей обязательно подумает – ага, поддай дымку и докажи. Дым машины у меня, увы, нет, но идея интересная. А доказать нетрудно: при Pull варианте зона активного обдува больше, чем при Push. Именно зона, а не скорость воздуха в небольшой зоне. И разница между Pull и Push на радиаторе Black ICE GTX больше, чем на EK RAD-XT.

Вернемся к связке GTX + Scythe GT и посмотрим на ситуацию с уровнем шума:



Бутерброд на таком радиаторе – зрелище не из тихих. Условном бесшумным его можно назвать лишь при скорости вращения вентиляторов 600-700 об/мин, в этом режиме по эффективности он лидирует. Но на всем диапазоне лидером я бы назвал Pull. Кстати, при повышении скорости вращения с 900 до 1200 об/мин наблюдается некий скачек (а на графике – спад, т.к. это дельта температур) производительности радиатора. Шруд эффективен лишь при низкой скорости вращения, но в любом случае Pull лучше.

Самое время поменять вентилятор, связка Black ICE GTX + NoiseBlocker PL-2:

Push:



Pull:



Push + Shroud:



Pull + Shroud:



2 Fans:



Смогут ли «обычные» вентиляторы изменить ситуацию?



Неинтересно, совсем. Бутерброд традиционно лидирует, причем с существенным отрывом, остальные же 4 варианта в целом идентичны. Самое интересное, что 900 об/мин Scythe GT по шума примерно равны 800 об/мин PL-2. Вот только Тайфуны при этом выигрывают градуса четыре, что рубит на корню все мысли о том, что PL-2 – отличный вентилятор, который хорош во всех вариантах установки. Впрочем, дело тут не столько в никудышности NoiseBlocker’ов, сколько в реальной крутости Тайфунов.

Проверим результаты относительно шума:



Ожидаемо плотные результаты, разве что «бутерброд» на минимальной скорости вращения оказался немного эффективнее всех остальных вариантов. Но тихой подобную связку из толстого радиатора и двух вентиляторов назвать сложно.



Самое время подвести итоги и сделать важные выводы.



Стоит ли пара градусов утолщения связки радиатор-вентилятор на целых 30 мм – это решать вам. Шруды Koolance, позволяющие врезать радиатор в «потолок» корпуса – вещь без тени сомнения полезная. Шруды TFC – вещь несколько спорная, но в некоторых случаях довольно эффектная и изредка – эффективная. Не стоит забывать, что в них предусмотрены отверстия для установки светодиодов. Чем не повод разнообразить внешний вид системы?

Для себя же я только убедился в правильности своей теории: в просторном корпусе создается герметичный радиаторный отсек, вентиляторы ставятся в стенки этого отсека и перпендикулярно радиатору. Радиатор продувается воздухом, который нагнетают вентиляторы в отсек. Поток воздуха, проходящего через радиатор, получается близкий к ламинарному, что благотворно сказывается и на эффективности охлаждения, и на уровне шума. Минусы – некие сложности с герметичностью и относительно большие размеры радиаторного отсека.

 


       

Теги:
 
Последние материалы на сайте: