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Hallo,
also.....Pumpen beförden das Wasser nun je nach Art der Pumpe mehr oder weniger schnell durch den Kreislauf.
Gibt es überhaupt einen anderen Parameter für Pumpen als die Geschwindigkeit.....oder kommt es auf die "Kraft" an?
Das Wasser kommt an CPU Kühler vorbei, am GPU Kühler, am Radiator.......aber.....wenn die Pumpe nun so "schnell" ist....wie ist das rein physikalisch....das Wasser nimmt die Wärme im Vorbeiflug auf, und gibt sie im Vorbeiflug wieder ab..am Radi....aber...je schneller das geht, desto weniger kann das Wasser doch aufnehmen und abgeben...oder?? Die Zeit ist zu kurz, um das vorbeiströmende Wasser zu "sättigen"....Ineffizienz"?
Teure Pumpen werben nun mit brachialer Förderleistung...wie ist das zu verstehen? Kann eine Pumpe nicht so gesehen zu schnell sein?
Ash
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Je größer der Temperaturunterschied, desto mehr Wärme kann übertragen werden.
Annahme: geringere Wassertemperatur durch besseren Durchfluss. TDP und Außentemperatur gleichbleibend.
Vereinfacht müsste es so aussehen:
Durch den höheren Durchfluss/geringere Wassertemperatur wird beim Kühler mehr Wärme übertragen, weil dT größer ist.
Beim Radiator hingegen wird weniger Wärme übertragen, da dT kleiner ist.
Das wird sich soweit bei einer bestimmten Temperatur einpendeln wo sich die effekte in etwa aufheben.
Aber Radiatorfläche ist einfacher zu vergrößern als Kühlerfläche an der Komponente^^
Und durch Lüfter bleiben die Lamellen Kühler als ohne -> dT steigt.
Hallo,
also.....Pumpen beförden das Wasser nun je nach Art der Pumpe mehr oder weniger schnell durch den Kreislauf.
Gibt es überhaupt einen anderen Parameter für Pumpen als die Geschwindigkeit.....oder kommt es auf die "Kraft" an?
Das Wasser kommt an CPU Kühler vorbei, am GPU Kühler, am Radiator.......aber.....wenn die Pumpe nun so "schnell" ist....wie ist das rein physikalisch....das Wasser nimmt die Wärme im Vorbeiflug auf, und gibt sie im Vorbeiflug wieder ab..am Radi....aber...je schneller das geht, desto weniger kann das Wasser doch aufnehmen und abgeben...oder?? Die Zeit ist zu kurz, um das vorbeiströmende Wasser zu "sättigen"....Ineffizienz"?
Teure Pumpen werben nun mit brachialer Förderleistung...wie ist das zu verstehen? Kann eine Pumpe nicht so gesehen zu schnell sein?
Hoher Durchfluss führt zu turbulenter Strömung, da haben bildlich ausgedrückt mehr Wassermoleküle Kontakt zur Wandung und damit die Möglichkeit zur Energieaufnahme.
Langsamer Durchfluss führt zu laminarer Strömung, dabei bilden sich "Geschwindigkeitsschichten" aus wobei die Geschwindigkeit von der Mitte zum Rand des durchströmten Volumens abnimmt. D.h. an der Wandung ist die Strömung sehr langsam. Nur wenige Moleküle können an der Wandung Energie aufnehmen.
Wasser hat eine hohe Wärmekapazität aber geringe Wärmeleitfähigkeit. Also wird die Wärme nicht "durch" das Wasser transportiert sondern muss durch direkten Kontakt eingebracht werden -> Möglichst alle Wassermoleküle brauchen Kontakt zur Wandung -> Turbulente Strömung sollte erreicht werden.
Bei den Geometrien in PC-Waküs ist ab ca. 30l/h Durchfluss eine turbulente Strömung gegeben.
Wer sich da weiterbilden möchte kann nach Reynolds sowie Nußelt Zahl googeln. Das sind dimensionslose Kennzahlen, welche die Berechnung der relevanten Größen ermöglicht.
Nein, eine Pumpe kann nicht zu schnell sein - und du meinst mit zu schnell auch nicht die Pumpe, sondern den Volumenstrom (= Durchfluss), denn die Drehzahl einer Pumpe lässt nicht auf den Volumenstrom schließen.
Der Volumenstrom an sich hat keinen Einfluss auf die Kühlleistung und ist allgemein nur ein Anhaltspunkt wenn man die verbauten Teil betrachtet, der aber selbst nichts über die Kühlleistung aussagt. Nehmen wir an ein Kreislauf wird mit einer Pumpe betrieben, die im gegebenen Kreislauf zu einem bestimmten Durchfluss führt. Die Wassermoleküle nehmen je Umlauf eine gewisse Wärmemenge am Kühler mit und geben sie am Radiator wieder ab. Nun ersetzt du die Pumpe durch eine die zu doppeltem Durchfluss führt. Die Folge ist, dass jedes Wassermolekühl zwei mal in der gleichen Zeit eine Runde dreht und dabei jeweils die Hälfte der ursprünglichen Wärmemenge transportiert - de fakto bleibt die übertragene Wärmemenge so vereinfacht betrachtet also immer gleich. Das gilt natürlich für jedes Verhältnis der verglichenen Volumenströme. Die Zeit spielt hier keine Rolle .
Diese Betrachtung ist natürlich extrem vereinfacht. In Wirklichkeit steigt die Kühlleistung, mit der lokalen Strömungsgeschwindigkeit im Kühler. Allerdings veranschaulicht es, warum der Volumenstrom (Durchfluss) für sich genommen eben keine Relevanz hat. In der Realität gibt es natürlich durchaus Einflüsse die mit dem Volumenstrom in Zusammenhang stehen, die Einfluss auf die Kühlleistung haben. Diese Einflüsse sind aber ursächlich auf die Geometrie und Bauart der Kühler zurückzuführen - nicht auf den Durchfluss.
Ganz im Gegenteil zu deiner Vorstellung ist Zeit tatsächlich ein irrelevanter Faktor bei dieser Thematik. Dazu muss man wissen was ein stationärer und ein instationärer Zustand ist. Unter einem stationären Zustand versteht man z.B. in einem Wakü-Kreislauf den Zustand in dem sich das System befindet, wenn über einen längeren Zeitraum (in Waküs mit normalen AB Größen in der Regel nach 20 min oder spätestens einer halben Stunde), keine Veränderungen der Temperaturen mehr stattfinden - mache sagen auch "eingeschwungener" Zustand (obwohl da eigentlich nichts schwingt). Man muss hier korrekter Weise übrigens immer von "quasi"stationär sprechen, denn den stationären Zustand kann man zumindest theoretisch nicht erreichen, da es eine Annäherung an einen Grenzwert ist. Für die Praxis ist das freilich irrelevant.
Ein instationärer Zustand liegt im Gegensatz dazu immer dann vor, wenn sich die Temperatur im Kreislauf und damit auch die der Komponenten verändert. Das kann entweder daran liegen, dass die Last und damit die ins Wasser abgegebene Verlustleistung schwankt, oder dass das Wasser im Kreislauf noch nicht auf "quasi"-Gleichgewichtstemperatur gebracht ist (hängt ausschließlich von der Wassermenge ab).
Dieses Grundwissen vorausgesetzt, erkennt man leicht, dass eine aussagekräftige Messung der Kühlleistung (also der Temperaturdifferenz zwischen Komponenten und Wasser) nur im quasistationären Zustand möglich ist - leider werden schon da gern Fehler begangen und mit schwankender Last oder bereits kurz nach dem Einschalten der Wakü irgendwelche Werte gemessen oder sogar nur ausgelesen.
Grundsätzlich sollte man vllt. noch sagen, dass die Förderleistung die bei Pumpen vom Hersteller angegeben wird, nichts mit der Förderleistung in einem Kreislauf zu tun hat! Der Wert den der Hersteller angibt gilt für horizontalen widerstandsfreien Auslauf. Der zweite Parameter den die Hersteller angeben ist die maximale Förderhöhe. Das entspricht dem maximale Druck, den die Pumpe aufbauen kann, wenn das Wasser sich überhaupt nicht bewegt - der einfachen Messbarkeit wegen wird die Angabe meist in mWs (Meter Wassersäule) gemacht statt in einer üblicheren Einheit für den Druck (z.B. in bar). Diese beiden Werte stellen lediglich die Achsenschnittpunkte der Pumpenkennlinie im Druck/Volumenstrom-Diagramm dar. Über die Form der Kennlinie oder gar den Arbeitspunkt der den tatsächlichen Volumenstrom in einem Kreislauf bestimmt, wird so nichts ausgesagt. Der Arbeitspunkt, der sich beim Einsatz einer Pumpe in einem Kreislauf ergibt, entspricht dem Schnittpunkt der Pumpenkennlinie mit der Kreislaufkennlinie, wobei es schwer ist letztere zu kennen, wenn man sie nicht aufwändig vermessen hat. Grundsätzlich ist den möglichen invariablen Kreislaufkennlinien aber gemein, dass die ungefähr exponentiell vom Ursprung des Diagramms verlaufen. Ein restriktiver Kreislauf (also einer mit großem Strömungswiderstand) hat einen steilere Kreislaufkennlinie als ein Kreislauf mit geringerem Strömungswiderstand. Dementsprechend kann eine Pumpe mit viel höherem maximalen Volumenstrom im Wakü-Kreislauf durchaus zu merklich weniger Durchfluss führen als eine mit viel weniger maximalem Volumenstrom, wenn deren Kennlinie zu einem Arbeitspunkt führt der mehr Durchfluss bedeutet. Es kommt darauf an wo sich Pumpen- und Kreislaufkennlinien kreuzen. Eine Pumpe nach maximalem Volumenstrom auszuwählen ist jedenfalls vollkommen sinnlos und führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem ernüchternden Ergebnis. Grundsätzlich sind die maximalen Volumenströme einer Pumpe in einem Kreislauf verbaut nicht annähernd erreichbar - selbst mit sehr wenig restriktiven Kreisläufen nicht. Der Maximaldruck sagt schon eher etwas darüber aus, ob einen Pumpe zu hohem oder niedrigem Durchfluss führen wird, aber auch das ist keine Garantie, wenn man die relevanten Kennlinien nicht kennt.
Der Spielraum bezüglich der Kreislaufkennlinie ist btw nicht groß in einem Wakü-Kreislauf, wenn effiziente Kühlern eingesetzt werden sollen.
Um aber wieder auf das Thema Einfluss auf die Kühlleitung zurück zu kommen: Hier spielt die lokale Strömungsgeschwindigkeit eine Rolle - nicht aber der Volumenstrom (Durchfluss) an sich.
Das erkennt man z.B. an der Tatsache, dass in einem Kreislauf der auf geringen Widerstand getrimmt ist, indem Steinzeit-Highflow-Kühler mit großen Querschnitten verbaut werden, zwar höhere Volumenströme erreicht werden aber die Kühlleistung in der Regel merklich schlechter ist als in einem Kreislauf mit derselben Pumpe, in dem effiziente Kühler mit feinen Strukturen verbaut sind, was zu deutlich geringerem Durchfluss führt.
Was die Kühlleistung angeht ist von der Wasserseite her die lokale Strömungsgeschwindigkeit in den Kühlstrukturen der Kühler maßgeblich. Das ist auch der Grund warum obiger Sachverhalt so ist wie er ist.
Zudem verbessert sich die Kühlleitung in der Realität mit einem von einem niedrigen Ausgangspunkt kommend höheren Volumenstrom anfangs stark aber mit immer weiter steigendem Volumenstroms zunehmend immer weniger bis auch gigantische Volumenstromerhöhungen so gut wie keinen Effekt mehr haben. Das hat alles mit dem Wärmeübergangskoeffizienten zu tun, der beschreibt wie gut die Wärme vom Kühler ans Wasser übertragen wird. Maßgeblich Einfluss darauf hat die Geometrie der Kühlstruktur und die lokale Strömungsgeschwindigkeit, die man wie gesagt nicht mit dem Durchfluss verwechseln sollte. Die Strömungsgeschwindigkeit ist ganz im Gegensatz zum Durchfluss nämlich keineswegs im ganzen Kreislauf konstant. Sie ist im AB am geringsten und in den Kühlern am höchsten - also im Wesentlichen abhängig vom durchflossenen Querschnitt. Die Wärmaufnahme des Wassers im Kühler verbessert sich, wenn das Wasser sehr schnell durch die Struktur strömt. Je schneller eine Strömung desto höher ihr turbulenzgrad sobald der laminar-turbulent-Übergang überschritten ist (was in einem Kühler immer sichergestellt sein sollte). Je turbulenter die Strömung, desto höher der der lokale Wärmeübergangskoeffizient. Turbulenz hat dabei im Übrigen nicht unbedingt mit makroskopischen Verwirbelungen zu tun, sondern mehr mit den Freiheitsgraden der Strömenden Teilchen und der daraus resultierenden Änderung des Strömungsprofils im durchflossenen Querschnitt. Jedenfalls wird der Wärmeübergang besser je schneller das Wasser strömt. Durch eine schnelle Strömung, sprich einen hohen Turbulenzgrad wird den einzelnen Wassermolekülen in der Strömung ermöglicht Wärme direkt aus der Struktur des Kühler aufzunehmen, statt sie wie bei extrem langsamer Strömung im laminaren Fall, durch die laminare Grenzschicht aufzunehmen, bei der Die Wärme erst eben diese geleitet werden muss. Wasser ist im Vergleich zu Kupfer ein sehr schlechter Wärmeleiter. Deshalb steigt die Kühlleistung am Kühler mit der Strömungsgeschwindigkeit. Allerdings erfolgt das alles andere als linear, so dass der Effekt immer geringer wird je weiter man die Strömungsgeschwindigkeit hoch schraubt. Der Übergang der Strömungszustände laminar zu turbulent ist in ihrer Auswirkung auf den Wärmeübergangskoeffizienten recht abrupt, aber dennoch stetig. Wenn du da in die Details einsteigen willst, geht das ein wenig über das hinaus, was es sich hier zu besprechen lohnt. In der Vergangenheit habe ich es mehrfach versucht aber es bleibt leider bei vielen nicht hängen...
Im Radiator geht das Spiel dann im Übrigen in die andere Richtung, allerdings spielt dort die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers und der Wärmeübergangskoeffizient vom Wasser an den Radiator eine absolut untergeordnete Rolle, da die Luftseite hier absolut dominierend ist. Das liegt daran, dass Luft einen extrem viel geringer Wärmekapazität als Wasser und dazu auch noch eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Wasser besitzt. Deshalb ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Radiator auch mehr oder minder irrelevant. Hier muss die Strömungsgeschwindigkeit der Luft verbessert werden, um mehr Kühlleistung zu erreichen.
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