Formeln zur Berechnung

[Stephan@AC]

Die Rechnungen hier stimmen nicht ganz, da es wesentlich mehr Effekte gibt. Allerdings sind sie für die reine Wassertemp. in Zusammenhang mit der zugeführten Leistung im Gleichgewichtspunkt schon richtig. Sprich bei 300W zugeführter Leistung und 100l/h wird man im System eine maximale Differenztemp. Zulauf/Rücklauf von 2,4°C haben. Für die "durchschnittliche" Komponente sind das nur 1,2°, da nur das letzte Bauteil wirklich die max. Temperatur abbekommt. Verdoppelt man den Durchfluss, so sinkt die Differenz auf die Hälfte.

Die Strömungen in einer Wasserkühlung sind praktisch immer turbulent. Schon in Kanalkühlern beginnt dies in der Regel bei 10l/h. Danach ist der Wärmeübergang dramtisch besser. Alle Kühler erhöhen mit höherer Strömung ihren Wirkungsgrad. Dies hängt mit dem verbesserten Wärmeübergang und einer besseren Durchmischung des Mediums zusammen.

ABER: Dieser Effekt ist gering. Hier mal ein Diagramm, bewusst von einem amerikanischen Mitbewerber:

http://www.swiftnets.com/assets/images/products/apogee/Single-Die-TR_VS_FR.PNG

Nimmt man den Apogee GT aus dem Chart, so sinkt der thermische Widerstand bei einer Durchflusserhöhung von 0,5 GPM (1,9l/min oder 114l/h) um den Faktor 6 auf 3 GPM (340l/h) um 0,02 C°/W oder bei 100W Leistung eines Prozessors um 2°C.

Für ein fiktives System mit nur diesem Kühler und nur dieser Abwärme würde sich das wie folgt darstellen:

100l/h: Wassertemp. Differenz 2,4°C
340l/h: Wassertemp. Differenz 0,7°C

Der Efffekt auf die Wassertemp. ist also ca. 1,7°C. Auf den Prozessorkühler hat dies aber nur den halben Effekt, also ca. 0,85°C, da das Wasser seine Temp. linear über diesem Bauteil erhöht.
Hinzu kommt der Effekt des besseren Wärmeübergangs. Bei diesem Kühler sind dies bei 100W 2°C. Mach also zusammen 2,85°C verbesserte CPU Temperatur.

ABER: Für den verbesserten Durchfluss sind in der Regel stärkere Pumpen nötig. Eine aquastream XT liefert ca. 4-6W in das Wasser. Werden Pumpen mit 30W Leistung eingesetzt, so muss auch diese Abwärme abgeführt werden.


Was kann man daran erkennen: Der Durchfluss hat in der Regel einen geringen Einfluss auf die Temperatur am Bauteil. Differenzen von 3°C sind in der Regel nicht wichtig.

 

[Turbostaat]

Sehr schön geschrieben Stephan

]...]Differenzen von 3°C sind in der Regel nicht wichtig.

Und wenn diese 3°C wichtig sind hat man ein ganz anderes Problem bei der Kühlung, allein schon wie sich die Raumtemperatur immer wieder im Verlauf des Tages verändert, außer man sitzt in einem vollklimatisierten Raum, was, ich denke, nicht der Fall sein wird.

 

[VJoe2max]

Ah - das finde ich klasse, dass sich auch mal ein Profi zu Wort meldet

Diese Betrachtung der maximalen Temperaturdifferenzen gilt allerdings nur wenn Radiator und Kühler "perfekt" wären - sprich keine Flächenlimitierung am Wärmeübergang hätten und bei jedem Volumenstrom einen idealen Wärmeübergang bereitstellen würden . In der Realität ist die Differenz aus o.G. Gründen etwas höher oder geringer je nach Konfiguration.

Der Einfluss des Turbulenzgrads auf den Wärmeübergangskoeffizienten (und damit den thermischen Widerstand) muss daher auch mit einbezogen werden, wenn man nicht nur theoretische Maximalwerte berechnen will. Die hängen wie gesagt nur von der Heizleistung und der Wärmekapazität des Mediums ab - darauf wollte ich hinaus . Ansonsten kommt man nur zu diesen Grenzwertbetrachtungen unter Idealbedingungen.
Solange man im turbulenten Bereich ist, ist der Einfluss wie oben gezeigt einfach da aber in der Größenordnung eben nicht vergleichbar mit dem laminar-turbulent Übergang. Die Auswirkungen im turbulenten Bereich sind eben, wie so schön von Stephan beschreiben, nicht so dramatisch wie viele HighFlow-Fetischisten sich das wünschen würden.

Was die Aussage mit den 10L/h angeht bin ich trotzdem skeptisch. Habe das mal für eine Kühleridee von mir nachgerechnet und da kam ich bei gar nicht so großen Kanälen und einer Annahme von 30L/h noch nicht in Bereiche die man schon als wirklich turbulent bezeichnen kann. Das war alles so im Übergangsbereich.

Trotzdem kann ich der Bewertung dieser Temperaturdifferenzen nur beipflichten! Das ist alles nicht besonders relevant. Extremer Durchfluss bringt neben dem erhöhten Wärmeeintrag der Pumpe (der das Kraut auch nicht fett macht) aber auch zusätzlichen Lärm. Das ist zumindest für mich der Hauptgrund zu sagen, dass eine durchschnittliche Wakü mit einem Durchfluss von ca. 60L/h bestens bedient ist. Mehr bringt nur auf dem Papier etwas - nicht aber in der Praxis (außer unschönen Nebeneffekten)

 

[little_skunk]

Wie Jojo bereits sagte: Strömungsmechanik ist hier sehr wichtig (siehe laminar-turbulent-Übergang). Energiebilanzen bringen einen da nicht im Geringsten weiter.

Pack mal einen Heizkörper in einen Kühltasche. Er wird immernoch 300Watt Abwärme erzeugen und nachdem sich der Innenraum entsprechend erwärmt hat, wird er diese auch zwangsläufig an die Umgebung abgeben.

Die Strömungsmechanik hat einen Einfluss darauf wie gut die Wärme an das Wasser abgegeben wird. Je schlechter der Übergang um so höher wird die CPU Temperatur ausfallen. Da hast du recht. Mich interessiert aber die Wassertemperatur. Die 300Watt Abwärme sind abzuführen egal wie schlecht oder gut isoliert, wird diese Wärme an das Wasser abgegeben.

Erkläre sonst mal warum ein Kernkühler in einem ansonsten Identischen Kreislauf bei gleich eingestelltem Durchfluss schlechter kühlt als ein Düsenkühler - merkst was

Ja. Der Kühler kühlt die CPU besser. Ändert aber nichts an der Wassertemperatur

Deine Rechnung gilt für einen Topf voll Wasser der 33 Sekunden auf einer 300W starken perfekt angebundenen Kochplatte steht und perfekt isoliert ist.

Perfekt isoliert nein. Ich berechne die maximale Temperaturdifferenz. Wir reden hier sowieso von Größenordnungen, dass der Wärmeverlust durch den Schlauch wohl eher nebensächlich ist. Selbst wenn, wäre das eher positiv. Beim Kochtopf sieht das anders aus. Da will ich das Wasser in einer bestimmten Zeit zum kochen bringen und muss den Verlust mit einkalkulieren.

Ich erkläre es aber nochmal. Die 33 Sekunden spielen keine Rolle. Man braucht die Zahl für die Berechnung. Wenn man auf einer Seite einen Eimer mit 1 Lieter Wasser hinstellt und durch den CPU Kühler jagt, wird das Wasser am anderen Ende 2C° mehr haben. Rate mal wo der Unterschied herkommt. Der ist nicht erst nach 33 Sekunden einfach so da. Das ist genau der Temperaturunterschied, der ab der ersten Sekunden zwischen CPU ein und ausgang vorhanden ist.

In einer Wasserkühlung wird in der Zeit in der Wärme zugeführt wird auch Wärme abgeführt. Die Temperatur des Kühlwassers stellt sich gemäß der Differenz zwischen der Effektivität der Wärmeaufnahme- und abgabe ein (ein klassischer Wirkungsgrad also) - nicht einfach nur nach der Wärmekapazität des Wassers und der Heizleistung.
Ansonsten könntest du mit einem größeren Radiator auch nicht erreichen, dass das Wasser kühler bleibt oder mit einem effektiveren Kühler eine geringen CPU-Temperatur erreichen .

Richtig. Das habe ich auch nicht behauptet. Das Wasser ist bei den von mir angenommen Werten vor und nach den Kühlern und dem Radi genau 2C° wärmer bzw kühler und das die ganze Zeit. Die Durchschnittstemperatur des Wasser hängt davon ab, ab welcher Temperaturdifferenz zwischen Luft und Wasser dieser die 300Watt (bzw dank Verlust etwas weniger) abführen kann.

Mir geht es nicht um die Temperatur der CPU oder des Wassers. Mir geht es um den Fakt, dass der letzte Kühler im Kreislauf bei 100l/h und 300Watt abwärme eben 2C° wärmeres Wasser bekommt. Wenn da jemand sagt der Druchfluss sei an den schlechten Temperaturen schuld, dann ist das einfach nur Blödsinn. Strömungstechnik hin oder her. Da könnt ihr euch gern dran auslassen. Die 2C° verändert das nicht.

Was die Einheiten angeht. Ja ich hab da in der einen Zeile die Einheit J vergessen. In der Formel unten stimmt es aber wieder. Insofern hab ich nicht mit falschen Einheiten gerechnet. Kannst gern in die Formel mal 3 Lieter eintragen. Ändert nichts. Bei 3 Lietern dauert der Vorgang eben 99 Sekunden und man kommt exakt auf das gleiche Ergebniss. Die Ganze Sache hat nur 2 Stellschrauben. Die Abwärme und der Druchfluss.

 

[JojoTheMaster]

Ohne mich jetzt hier groß zum Fachlichen auszulassen:

Du betrachtest mir zu sehr den instationären Fall. Das ist so ähnlich wie die frage, ob ein 80l AGB Sinn macht (abgesehen von der zusätzlichen Wärmeabgabe über die erhöhte Ovberfläche des AGBs). Der Aufwärmvorgang ist hier völlig irrelevant.

In folgendem Satz von dir sehe ich einen Widerspruch, das hätte ich gern mal noch klarer ausgeführt:

Mir geht es nicht um die Temperatur der CPU oder des Wassers. Mir geht es um den Fakt, dass der letzte Kühler im Kreislauf bei 100l/h und 300Watt abwärme eben 2C° wärmeres Wasser bekommt. Wenn da jemand sagt der Druchfluss sei an den schlechten Temperaturen schuld, dann ist das einfach nur Blödsinn.

 

[VJoe2max]

Die Strömungsmechanik hat einen Einfluss darauf wie gut die Wärme an das Wasser abgegeben wird. Je schlechter der Übergang um so höher wird die CPU Temperatur ausfallen. Da hast du recht. Mich interessiert aber die Wassertemperatur. Die 300Watt Abwärme sind abzuführen egal wie schlecht oder gut isoliert, wird diese Wärme an das Wasser abgegeben.

Ja. Der Kühler kühlt die CPU besser. Ändert aber nichts an der Wassertemperatur

OK einverstanden - da hab ich mich vllt. irgendwo missverständlich ausgedrückt. Mir ging es in der Tat um den Einfluss auf die CPU-Temperaturen und die Tatsache, dass diese davon abhängt wie gut die Wärmeabfuhr in Abhängigkeit von Wärmeübergang und treibender Temperaturdifferenz ist. Das war im Übrigen auch die Fragestellung - nicht die nach der maximalen Temperaturdifferenz des Wassers im Kreislauf.
Mit ging es vor allem darum heraus zustellen, dass die Verweilzeit in Kühler oder Radiator keine Rolle spielt, da wir quasistationäre Zustände betrachten.

Angesichts dieses Zitats musste ich daran zweifeln, dass du das verstanden hattest :

Fazit: Bei den Werten ist das Wasser nachdem es einmal komplett eine Runde rum ist gerade mal 2,4 C° wärmer geworden. Ratet mal wie lange die gleiche Menge Wasser benötigt um durch den Radi durchzufließen? Genau 33Sekunden . Der Radi muss dann genau 300Watt Kühlleistung schaffen. Das wird er erst bei einer bestimmten Wassertemperatur schaffen.

Ich erkläre es aber nochmal. Die 33 Sekunden spielen keine Rolle. Man braucht die Zahl für die Berechnung. Wenn man auf einer Seite einen Eimer mit 1 Lieter Wasser hinstellt und durch den CPU Kühler jagt, wird das Wasser am anderen Ende 2C° mehr haben. Rate mal wo der Unterschied herkommt. Der ist nicht erst nach 33 Sekunden einfach so da. Das ist genau der Temperaturunterschied, der ab der ersten Sekunden zwischen CPU ein und ausgang vorhanden ist.

So bin ich damit auch einverstanden - der Punkt, dass die Expositionszeit keine Rolle spielt, ist hier das Ausschlaggebende.
Dafür habe ich offenbar nicht deutlich genug gemacht, dass ich die Kühlleistung natürlich auf die CPU-Temperaturen bezog .

Richtig. Das habe ich auch nicht behauptet. Das Wasser ist bei den von mir angenommen Werten vor und nach den Kühlern und dem Radi genau 2C° wärmer bzw kühler und das die ganze Zeit. Die Durchschnittstemperatur des Wasser hängt davon ab, ab welcher Temperaturdifferenz zwischen Luft und Wasser dieser die 300Watt (bzw dank Verlust etwas weniger) abführen kann.

Mir geht es nicht um die Temperatur der CPU oder des Wassers. Mir geht es um den Fakt, dass der letzte Kühler im Kreislauf bei 100l/h und 300Watt abwärme eben 2C° wärmeres Wasser bekommt. Wenn da jemand sagt der Druchfluss sei an den schlechten Temperaturen schuld, dann ist das einfach nur Blödsinn. Strömungstechnik hin oder her. Da könnt ihr euch gern dran auslassen. Die 2C° verändert das nicht.

Solange wir nur von der maximalen Temperaturdifferenz des Wassers im Kreislauf sprechen hab ich da keine Einwände. Da hab ich dich wohl, wie gesagt, falsch verstanden.
Das ist allerdings nicht wirklich die Fragestellung gewesen . Die Frage war wie man den Einfluss des Durchfluss auf die CPU-Temperatur berechnen kann (und damit implizit wie stark sich das auswirkt). Für die Fragestellung spielen die von mir angeführten Punkt die entscheidende Rolle - nicht die maximalen Temperaturdifferenzen im Kreislauf....

Edit: Die eigentliche Fragestellung ist ein nichtlineares Problem, wie man auch schön an den Kurven die Stephan verlinkt hat sehen kann. Da jedoch im turbulenten Strömungsfall, wie gesehen, keine allzu großen Einflüsse entstehen ist der Punkt den es zu berechnen gilt, erst mal der laminar-turbulent Übergang für den jeweiligen Kühler. Da trennt sich zunächst mal die Spreu vom Weizen (auch wenn das natürlich gerade bei modernen Kühlern bereits mit recht geringem Durchfluss erreichbar ist). Darüber hinaus braucht´s natürlich noch einen gewissen Sicherheitsbereich, um sicher im turbulenten Bereich zu bleiben. Den Rest hat Stephan schon richtig bewertet. Effektiv ist der Durchfluss nicht so wichtig wie er von so vielen gesehen wird. Das ist nur für den Kampf ums letzte °K ohne Rücksicht auf Ohren und Geldbeutel interessant.

Was die Einheiten angeht. Ja ich hab da in der einen Zeile die Einheit J vergessen. In der Formel unten stimmt es aber wieder. Insofern hab ich nicht mit falschen Einheiten gerechnet. Kannst gern in die Formel mal 3 Lieter eintragen. Ändert nichts. Bei 3 Lietern dauert der Vorgang eben 99 Sekunden und man kommt exakt auf das gleiche Ergebniss. Die Ganze Sache hat nur 2 Stellschrauben. Die Abwärme und der Druchfluss.

OK hast - recht die Einheiten in der Formel sind OK. Da war ich zu voreilig.
Bringt einen hinsichtlich der Fragestellung jedoch trotzdem kein Stück weiter .

 

[little_skunk]

Ist aber ein Teil des Puzzels

Klar geht es nicht ohne die Ströhmungsspielerein. Die Frage ist dann nur was man für eine Ziel verfolgt. Wenn man sein System so ruhig wie möglich bekommen möchte, kann man sich mit der von mir genannten Formel recht gut ausrechnen bei welchem Druchfluss der Temperaturunterschied für nachfolgende Kühler so groß wird, dass diese auch mit dem besten Kühlkörper nur noch warmes Wasser abbekommen.
Zum Berechnen der CPU Temperatur ist die Formel natürlich ungeeignet. Da muss ich dir leider Recht geben

 

[Sheemie Ruiz]

eine formel kann ich nicht beitragen, wohl aber einen wert - einen erfahrungswert

ich betreibe meine wakü ja jetzt auch schon eine weile, und habe mit allen möglichen parametern geprimed.

fakt für mich ist:

der kleinste wert mit dem ich meine Aquastream XT laufen lassen kann ist 48Hz, das sind laut DFM 66-68 l/h, und selbst wenni ch sie auf 81Hz laufen lasse merke ich keinen tempunterschied der relevant wäre, weder beim wasser, noch bei der zu kühlenden hardware!

was mehr kühlung bringt: lüfter schneller drehen lassen, alles andere ist irrelevant!

bzw. eventuell lüfter mit mehr volumen als meine jetzigen!

 

[Stephan@AC]

Man kann die kritische Reynoldszahl, den Übergang von laminar zu turbulent relativ einfach für glatte Rohre berechnen.

Ich habe dies gerade noch einmal für ein System mit 100l/h und 8/10er Schlauch berechnet. Die kritische Reynoldszahl liegt bei 2300, dieses System hätte im Schlauch einen Wert von 5000. Bis zum doppelten Wert der kritischen Reynoldszahl kann man noch von einem Übergangsbereich ausgehen. Aber bei diesen Werten wäre eine turbulente Strömung vorhanden - selbst im Schlauch.

Alle Kühlkörper sind so konstruiert, dass sie dies kritsche Reynoldszahl deutlich nach unten drücken. Zudem haben sie meist einen kleineren Querschnitt als der Schlauch. Die heute meist verbauten Schlitzstrukturen sind das Gegenteil von glatten Rohren und der kryos mit seiner Pin Struktur die Hölle für laminare Strömungen.

Man kann wirklich davon ausgehen, dass der turbulente Bereich immer erreicht wird. Lediglich im Schlauch kann auch mal laminare Strömung herrschen.

 

[Perplex]

In der Zeit, die ihr hier diskutiert, hätte ich das ganze schon x-Mal in der Praxis getestet und dann die Pumpe doch wieder runtergeregelt, weil mir die Lautstärke für 0,25°C bessere Temperaturen zu hoch wäre

 

[Moremax]

Ich finde es mal wieder schwer interessant, wie jemand eine Frage stellt, die man nicht wirklich beantworten kann, vorallem ohne die in Frage kommenden Komponeten zu kennen, sich hier fachmännisch brüskieren und ein Thema anfangen, das nun schon zu hauf abgegessen wurde. Teilweise kommen hier Aussagen zustande, das es fast sinnlos wäre mit verschiedenen Kühlern, Radiatoren oder Lüftern zu variieren und kombinieren. Da ja eh alles die selbe Suppe sei. Man beachte mal die Fragestellung, hier aus dem Startthread, in der nach einer Wunschtemp im AGB gefragt wird. hehe

 

[PayDay]

Servesa!

Habe mir gerade mal die Formel für Mischtemperatur angesehen usw.

Ich möchte gerne den benötigten Durchfluss in einem WaKü-System berechnen ausgehend von einer Temperatur an der CPU von x °C. Wieviel l/min oder l/h brauche ich um im AGB eine Temperatur y °C herzustellen.

Lässt sich das irgendwie bewerkstelligen, wenn man mal von 13/10er Schlauch und einer Wassermenge von 2 Litern ausgeht?

Wie wäre die Formel?

ich verrat dir nun ein offenes geheimnis(was aber irgendwie keiner einsehen will):

der durchfluss hat in einem eingeschwungenen zustand(oder auch einfach wenn die temperaturen aufs maximum angekommen sind) absulut KEINEN einfluss auf die temperatur !

die formel ist eigentlich total simpel und hat nicht wie genannt 1000 einflüsse

Q = k * A * (TWasser - T Luft)

oder auch :

Wärmestrom = Übergangskoeffizient * Wärmeübergangsfläche * (Temperaturunterschied vom Wasser zur Luft)

der übergangskoeff hängt von den werkstoffen ab, die fläche klar von der radiatorgröße und die luft temperatur ist fest vorgegeben. das einzige was man ändern kann ist also die wassertemperatur.
da aber der abgegebene wärmestrom immer der selbe ist (zb cpu, grafik usw)
ist demzufolge im eingeschwungenen zustand auch immer der abgegebene wärmestrom der selbe. ( Q zugeführt = Q abgeführt - das MUSS so sein )
eventuelle schwankungen durch leerlauf cpu spielen keine rolle weil durch die die geringere wärmemenge dann auch weniger wärme abgegeben wird. das einzige was dazwischen liegt ist eine gewisse reaktionszeit welche sich schon ziemlich in die länge ziehen kann. aber die summe aller Q bleibt trotzdem IMMER gleich!

beispiel:

cpu, grafik, hdd usw geben einen wärmestrom von 300watt ab. folgerichtig muss der radiator diese 300 auch abgeben ansonsten würde sich das system immer weiter aufheizen bis die geschichte versagt. die ganze zeit ist ja auch die rede vom aufgewärmten system, nämlich dann wenn aufgenohmene und abgegebene wärme gleich ist.

die formel ist also:

k-kühler * A-Kühler * (Temp-CPU - Temp-Wasser) = k-Radiator * A-Radiator * ( Temp-Wasser - Temp Luft)

diese formel kannst du dir nun umstellen wie du es gerne möchtest. das einzige problem ist das du k niemals wirklich richtig kennen wirst(ein wert von 0-1), die wirksamen oberflächen werden auch nicht ganz leicht auszurechnen sein aber wäre machbar.

wie unschwer zu erkennen ist spielt der massenstrom keine rolle! fliesst ein geringerer wärmestrom wird der temp unterschied größer am radiator und kleiner am kühler und umgekehrt, der wäremstrom bleibt aber immer der selbe. das gilt solange es wenigstens einen gewissen strom gibt, bleibt die pumpe stehen gilt die formel natürlich nicht mehr weil keine wärmeabfuhr in dem sinne mehr vorliegt.


wer das hier nicht glaubt kann sich ja gerne mal ne vorlesung "wärme und stoff übertragung " anhören, eine pflichtveranstaltung eines jeden maschinenbauers.


ach ja: der massenstrom ist wichtig im offenen system, wenn es keinn radiator gibt sondern das wasser dahinter direkt abgeführt wird (zb vom wasserhahn über die kühlanlage direkt in den abfluss) dann muss man ausrechnen wie hoch die wassermenge sein muss damit der kühler temp x nicht überschreitet.

 

[VJoe2max]

Da ist man mal drei Tage nicht da....

@Zahltag: Auch du hast es leider nicht verstanden - tut mir leid es immer und immer wieder wiederholen zu müssen: Selbstverständlich hat der Volumenstrom (Durchfluss) einen Einfluss - und zwar genau auf jenen von dir genannten Wärmeübergangskoeffizienten, den du einfach als konstant annimmst (mal ganz abgesehen davon, dass es auch bei deiner simplen Betrachtungswesie mindestens zwei Wärmeübergänge mit unterschiedlichen Koeffizienten gibt).

Der Volumenstrom ist eine indirekte Messgröße - relevant ist die daraus resultierende Strömungsgeschwindigkeit in Kühlern und Radiatoren. Man erhält daher bei einem gegeben Kreislauf unterschiedliche Kühlleistungen, also abgeführte Wärmemenge pro Zeiteinheit, in Abhängigkeit vom Durchfluss, da eben jener die Strömungsgeschwindigkeiten in den relevanten Querschnitten und somit die jeweiligen Wärmeübergangskoeffizienten maßgeblich bestimmt.
Lediglich der Trugschluss, dem die HighFlow-Jünger erlegen sind, dass es sich bei diesen Unterscheiden (zumindest oberhalb des laminar-turbulent Übergangs), um große und OC- oder sonst wie relevante Spielräume handelt ist falsch - das stellt die Praxis immer wieder eindrucksvoll unter Beweis. Wie oben auch bereits von Stephan sehr schön beschrieben, bewegen wir und da nicht in Bereichen die tatsächlich etwas verändern würden.

Jetzt zu dem Fehler deines Ansatzes:
Der Fehler in deiner Betrachtung liegt darin, dass du dir das gesamte System als einen Block mit definiertem Wärmewiderstand zwischen zwei Wärmeträgern vorstellst und reine Festkörperwärmeleitung als Übertragungsmechanismus ansetzt.
Du hast dir demzufolge nur den einfach zu beschreibenden Wärmeübergang durch reine Wärmeleitung zu Gemüte geführt. Unser Problem ist aber,wie gesagt, der Wärmeübergang zwischen Festkörpern und einem strömenden Fluid bzw. Gas . Die entsprechenden Wärmeübergangskoeffizienten sind daher keineswegs nur von den Wärmeleitfähigkeiten der beteiligten Werk- bzw. Betriebsstoffe abhängig, sondern ganz erheblich von den Strömungseigenschaften des Fluids und somit auch vom Volumenstrom. Hier kommen zudem unterschiedliche Wärmeübertragungsmechanismen zum tragen, da weder Flüssigkeiten noch Gase die klassischen Phononeschwingungen wie im Kristallgitter vieler Feststoffen zur Wärmeleitung nutzen können. Die Moleküle oder Atome (ja nach Stoff) haben in Flüssigkeiten und Gasen keine Gitterstruktur, die das bewerkstelligen könnte und sind daher in der Regel schlechte Wärmeleiter. Die Wärmekapazität hingen ist im Vergleich zu vielen Feststoffen bei einigen Flüssigkeiten und Gasen recht hoch. Diesen Umstand macht man sich in der Wakü zu Nutze. Das führt jetzt aber schon wieder ein bisschen zu weit...

Angesichts der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Wasser wäre jedenfalls ein Wärmeübergang der lediglich auf Wärmeleitung basieren würde (nur dafür gilt dein werkstoffabhängiger Übergangskoeffizient) also überaus problematisch für eine Wakü .

Festzuhalten ist also, dass die Strömungsgeschwindigkeiten von Wasser und Luft die Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Kühlern und Wasser, zwischen Wasser und Radiatorrohren und zwischen Radiatorlamellen und Luft maßgeblich bestimmen. Die zugehörige Formel schreibt sich wie folgt:

Alpha = Lambda/L * Nu(Re,Pr)

wobei:
Alpha = mittlerer Wärmeübergangskoeffizient
Lambda = Wärmeleitfähigkeit des Fluids
L = charakteristische Länge (abhängig von der durchströmten Geometrie)
Nu = Nusseltzahl (dimensionslose Kennzahl, die die Verbesserung der Wärmeübertragung an der Oberfläche misst, indem die strömungsabhänigen Verhältnisse mit denen verglichen werden, die nur durch Wärmeleitung in einer ruhenden Schicht auftreten würden. Nu ist implizit abhängig von der Reynoldszahl Re und der Prandtlzahl Pr)
Re = Reynoldszahl (dimensionslose Kennzahl, die den das Verhältnis zwischen Trägheits- und Zähigkeitskräften in einer Strömung abbildet)
Pr = Prandtlzahl (dimensionslose Kennzahl, die das Verhältnis zwischen Reibung und Wärmeleitung im strömenden Fluid beschreibt)

Man kann sich leicht vorstellen, dass es alles andere als trivial ist die Nusseltzahlen aller beteiligten Wärmeübergänge analytisch, numerisch oder in Versuchen so zu bestimmen, so dass eine genaue Berechnung der Wärmeübergänge ermöglicht wird. Das ist letztendlich der Grund warum die Frage des TE nur so beantwortet werden kann, dass es zwar möglich ist das zu berechnen, aber eben nicht mit vertretbarem Aufwand.

Wäre dein Ansatz, PayDay, korrekt, so könnte man sich tatsächlich auch jegliche strömungstechnische Optimierung bei Kühlern und Radiatoren sparen (nicht auf den Strömungswiderstand sondern auf die wirksame Strömungsgeschwindigkeit bezogen). Wie wir jedoch alle wissen, haben diese Optimierungen durchaus Einfluss auf die Kühlleistung - in aller Regel jedoch nicht in so hohem Maße, dass sich daraus riesige Unterscheide ergeben würden. Moderne Kühler und Radiatoren liegen hinsichtlich dieser Parameter halt inzwischen alle in einem verhältnismäßig engen Gebiet beisammen.
Wenn es um die Jagd nach dem letzten °K geht, sind dennoch geringe Spielräume für Verbesserungen unter den gegeben Randbedingungen (Pumpendruck etc.) da.
Hoher Durchfluss, der ja wie gesagt nur eine indirekte Messgröße ist und allein nichts über die Strömungsgeschwindigkeiten in den kritischen Querschnitten aussagt, da diese eben auch von jenen Querschnitten abhängt, garantiert jedenfalls keine gute Kühlleistung.

Offenbar hast du angesichts deiner Fehlinterpretationen in Wärme- und Stoffübertragung nicht richtig aufgepasst. Da ich selbst ebenfalls Maschinenbauer bin und den Kram im Studium ebenfalls in dieser Vorlesung gelernt habe, muss man davon ausgehen, dass bei dir da anscheinend noch ein paar Lücken bestehen - > vielleicht solltest du dich damit noch mal ein weniger eingehender damit befassen, falls du die Prüfung noch vor dir hast .

 

[PayDay]

Offenbar hast du angesichts deiner Fehlinterpretationen in Wärme- und Stoffübertragung nicht richtig aufgepasst. Da ich selbst ebenfalls Maschinenbauer bin und den Kram im Studium ebenfalls in dieser Vorlesung gelernt habe, muss man davon ausgehen, dass bei dir da anscheinend noch ein paar Lücken bestehen - > vielleicht solltest du dich damit noch mal ein weniger eingehender damit befassen, falls du die Prüfung noch vor dir hast .

wärmeübertragung hab ich schon einige zeit länger und mit 1,3 bestanden, war auch kein kunststück. du hast sicher recht das es eine ganze menge mehr einflussgrößen gibt, meins ist auch eher eine grobe annäherung. die unterschiede durch die schläuche(dicke material usw), durch ventilation im gehäuse, durch sonstige geschichten sind so gering das diese einfach schon in den bereich des messfehlers kommt. was bringt es wenn man 3 stellen nach den komma genau ausrechnet wenn aber schon das temperaturmessgerät aus all diesen tollen privattests wenn überhaupt auf 0,1 genau ist mit nen fehler von +-0,5 K. also kommt eine grobe annäherung der sache schon recht nahe und diese besagt das die durchflussgeschwindigkeit in einen gewissen rahmen keine wirklichen unterschiede machen.
wenn überhaupt ist die absulut maximale optimierung durch wasserpumpen im pc bereich bei 1K, alles dadrüber in test sind unsaubere messbedingungen und oder einfache messungenuigkeiten.
man könnte bei so einen kleinen system wie dem einer wasserkühlung sicherlich den einfluss des massenstroms bezogen auf die temperatur nachweisen, dazu sind aber messgeräte und ein messplatz nötig den keiner zuhause stehen hat. und alles andere sind einfach nur grobe schätzungen die niemals einer wissenschaftlichen messung genügt

 

[VJoe2max]

Ein bisschen mehr ist es u.U. schon .
Als ganz grobe bilanzmäßige Energieabschätzung kann man das zwar stehen lassen, aber Aussagen im Sinne der Fragestellung kann man damit absolut nicht treffen. Dort ging es ja insbesondere um die Volumenstromabhängigkeit, welche eben tatsächlich da ist, aber in vielen Fällen eben hemmungslos überbewertet wird .
Die Aussage, dass der Volumenstrom in einem gegebenen System im stationären Zustand keinerlei Einfluss hätte ist jedenfalls nicht richtig. Insbesondere wenn man sich bereits deutlich jenseits des laminar-turbulent Übergangs befindet (was in der Regel immer gegeben ist) wird der Effekt jedoch immer schwächer und entzieht damit insbesondere den extremen HighFlow-Fanatikern eigentlich jede Grundlage.

Es gibt btw. durchaus auch Tests mit etwas besserem Messequipment als mit den üblichen User-Tests auf realer Hardware . Letztere haben freilich keine besondere Aussagekraft - das ist schon richtig.
Abgesehen davon sind solche Temperaturmessungen auch mit wissenschaftlichem Equipment keineswegs trivial.

Die Effekte extremer Volumenströme sind allerdings - Messgenauigkeit hin oder her - in der Praxis tatsächlich nicht wirklich relevant. Weder die OC-Fähigkeiten noch die Lebensdauer profitieren von den üblicherweise möglichen 2 bis 3°K. In Ausnahmefällen mögen es vllt. auch mal 5°K sein, aber selbst das ist in aller Regel irrelevant. Wer diese paar Kelvin unbedingt braucht weil sein System sonst nicht mehr stabil läuft hat bei der Auslegung seiner Wakü grundlegend was falsch gemacht...
Man handelt sich mit kompromisslosem HighFlow-Gebastel zu allem Überfluss noch unnötigen Pumpenlärm und Wurstschlauchoptik ein (letzteres ist natürlich Geschmackssache). Auf jeden Fall mutet es irgendwo ein wenig lächerlich an, sich an ein paar Kelvin verbesserten CPU-Temperaturen zu ergötzen, während man, wenn es einem wirklich ernst wäre mit der reinen Kühlleitungen, unter den Randbedingungen auch gleich auf Chiller, Kokü, DIce oder LN2 umsteigen könnte....

Eine Wakü ist kein Wunderkühlung und selbst wenn man damit fast auf Raumtemperatur herunter kühlt, ist eine Wakü aktiven Kühlungen diesbezüglich einfach deutlich unterlegen.

Man sollte sich im Wakü-Bereich meiner Meinung nach wieder viel mehr auf die interessanten und relevante Dinge wie die Lautstärke, innovative Halterungen und Kühler, ansehnliche Optik und so weiter konzentrieren, als diesem HighFlow-Hype zu frönen. Wem der Durchfluss seines Systems wichtiger ist als (fast) alles andere stellt imho eigentlich nur unter Beweis, dass er den Sinn und Zweck sowie die Vorteile einer Wakü nicht begriffen hat. Den größten Vorteil von Wasserkühlungen (gute Kühlung bei geringer Lautstärke) zugunsten eines mehr als fragwürdigen Temperaturvorteils aufzugeben, halte ich jedenfalls für ziemlich abwegig. Besser man versucht vernünftige Kompromisse zu finden. Eine "ideale Wakü" ist aus verschiedenen Gründen i. d. R. nicht möglich.

 

[PayDay]

wenn man nach reynlds geht (crit 2300) dann:

( 2300 * 0,8 * 10^-5) / 0,01 = 1,84m/s

die viskusität ist etwa von 30°C wasser bei nen innendurchmesser von 10mm.
nun könnte man ja nochmal ausrechnen wie schnell das wasser denn nun wirklich da durchfliesst.

annahmen:
100liter/stunde = 0,027777 l/s = 0,027777 dm³/s = 0,000027777 m³/s

querschnittsfläche bei 10mm innendurchmesser:
7,8539 * 10^-5 m²

und nun die 2 zahlen teile ergibt:

0,35367 m/s << 1,84 m/s

damit: 100% laminar selbst bei kleineren durchmessern, einzig im kühler wirds wohl turbolent wegen den meistens sehr kleinen durchmessern wo sich das wasser durchzwängen muss.(düsenkühler) welches prinzip dahinter steckt kann ich so aus den stehgreif aber nicht sagen.

ist im grunde auch egal, auf jedenfall hast du schon recht das der massenstrom einen gewissen anteil stellt. um aber echte änderungen zu erfahren sind pumpen nötig die man niemals einsetzt wie du auch schon in etwa sagtest. 100l/h ist einfach nix, die teile kommen aus den aquabereich und da sind keine großen massenströme nötig, hauptsache der krempel wird mal bischel umgewälzt.
klar macht es sinn seine kühlung zu optimieren aber die verhältnismäßigkeit ist kaum bis nie gegeben.

gruss

 

[-=DatHirschi=-]

Wie kann man denn mit dieser Schreibweise mit 1.3 bestehen? Wie wärs mal mit Groß- und Kleinschreibung? Steht das nicht auch in den Foren-Regeln?

 

[Perplex]

Hast du auch noch was zum Thema oder willst du das Flamen anfangen ?

 

[JojoTheMaster]

@Wen interessiert der Stroemungszustand im Schlauch?

 

[VJoe2max]

@PayDay: Ich sag´s nur ungern von Kollege zu Kollege, aber bei deiner Rechnung passt schon wieder was nicht. Oben hat Stephan das btw auch schon mal für ID = 8mm Schlauch gerechnet und kam ebenfalls zu ganz anderen Ergebnissen .

Beim folgenden Teil bin ich so weit noch einverstanden.

Volumenstrom:

VS = 100 l/h = 0,027777 l/s = 2,7777 * 10^-5 m³/s

Hab den Volumenstrom mal VS genannt weil Q normalerweise die Wärme bezeichnet und hier kein Punkt über dem Buchstaben möglich ist.

Querschnittsfläche (Schlauch ID = 10mm):

A = Pi*0,005²m² = 7,8539 * 10^-5 m²

Damit beträgt die Strömungsgeschwindigkeit:

v = VS/A = 0,354 m/s

(Wäre diese btw laminar im betrachteten Querschnitt müsste man sie eigentlich über das Geschwindigkeitsprofil mitteln )


Die Strömungsgeschwindigkeit bei einer Rohrströmung mit einer kritischen Re-Zahl von 2300 ist aber falsch berechnet. Da steckt bei dir in der kinematischen Viskosität ein Kommafehler drin, der aber große Auswirkungen hat . Es müsste 0,8*10^-6 m²/s heißen .
Das ist übersichtlicher wenn man mit der dynamischen Viskosität eta in kg/s*m und der Dichte rho in kg/m³ rechnet.

Die Strömungsgeschwindigkeit vkrit bei einer Re-Zahl von 2300 in einem ID = 10mm Schlauch ist:

vkrit = (Rekrit * eta) / (rho * d) = (2300 * 0,8*10^-3 kg/s*m) / (1000 kg/m³ * 0,01 m) = 0,184 m/s

=> 0,354 m/s > 0,184 m/s

Damit ist v > vkrit und die Strömung vorwiegend turbulent.

Die Re-Zahl der Strömung bei 100 L/h im ID = 10mm Schlauch beträgt bei 30°C Wassertemperatur also knapp überkritische 4425. Im Kühler ist die Strömung dann aber definitiv turbulent.

Edit: Noch ein praktisches Tool zur komfortablen Berechnung von Strömungsgeschwindigkeiten in Rundrohren auf das ich mal gestoßen bin: Klick

Edit#2:

@Wen interessiert der Stroemungszustand im Schlauch?

Niemanden - das soll ja nur als Anhaltspunkt dienen, da man die Strömungskennzahlen in einem komplizierteren Querschnitt eben nicht so leicht berechnen kann .

 

[PayDay]

mist um ne kommastelle verdreht, ok das ändert natürlich die ganze geschichte, hab mich irgendwie auch gewundert wieso die ganze geschichte laut rechnung hätte so klar laminar sein müssen was wirklich nicht oft vorkommt. ist halt schon bischel her mit den fach .

die gross klein schreib flamerei könnts euch sparen, als ich die forumregeln bestätigt habe gabs das auf jedenfall noch nicht

 

[Moremax]

Sacht mal Leute, dass ist doch nicht wirklich euer Ernst, oder?

Wenn eine Formel auf mathematisch und physikalischer Basis erstellt wird, so hat diese eine 100% ige Gültigkeit, was bei einer WaKü so nicht machbar/umsetzbar ist.

Ein Schätzwert, ist immer das einzige was man einem User, der an einer WaKü interessiert ist, mit auf den Weg geben kann.
Keines der bekannten Systeme, weder hier, noch in einem anderen Forum, ist vom Kühlverhalten und den Temperaturwerten identisch.
Wir haben es nicht einmal erlebt, das selbt bei einem Großauftrag, mit identischen Gehäusen, Radiatoren, Kühlern, Lüftern und der verbauten Hardware, auch nur ein System, mit einem anderen die gleiche Temperatur hatte. Von daher ist eine Formel zwar nachvollziehbar im Wunschdenken, jedoch praktisch nicht wirklich umsetzbar.

Ich habe zwar das Gefühl, dass der Threadersteller mehr auf Theorie gesetzt hat, jedoch keinen wirklichen praktischen Nutzen davon tragen kann.

@Offtopic "Klugsch...modus on" Als weiteres ist es nicht wahr, dass WaKü als Silentidee gebohren wurde, zu diesem Ansatz kam es erst nach einer recht großen Verbreitung und stellt eigentlich erst heute einen Faktor da, den es zu bedienen gilt.

Gruß
Oliver