Warum soviel Wert auf High-Flow-Systeme legen?

[Thermomann]

Ich stelle mir gerade die Frage warum so oft und bei so vielen Produkten (Radiatoren, Kühlkörpern etc) so ein Trubel bezüglich hoher Durchflussraten gemacht wird. Ganz speziell bezieht sich mein Verständnisproblem derzeit auf Radiatoren.

Bei Radiatoren wird ja der maximale Wärmeübergang von Wasser auf die durchströmende Luft gesucht. Und genau diese Schnittstelle ist meiner Überlegung nach doch der kritischste Punkt im System, nämlich der, an dem die erzeugte Wärme vom System an die Umgebung abgegeben wird.
Ist hier der Wärmeübergang, bzw der Wärmestrom genauer gesagt, schlecht, dann führt das doch zu höheren Wassertemperaturen und demzufolge zu höheren CPU-, Graka- etc. -temperaturen.

Nehmen wir mal einen der Slim-Radiatoren, die mit dem High-Flow-Prädikat beworben werden. Das dürfte meiner Ansicht nach doch nur daher kommen, dass die Querschnittsfläche durch den das Wasser gepumpt wird, kleiner ist, und somit weniger Durchflusswiderstand erzeugt wird. (richtig?).
Betrachtet man sich die Thermodynamik aber, so ist der Wärmeübergang bzw Wärmestrom direkt abhängig von der Kontaktfläche sowie dem Luftmassenstrom (also Lüfterdrehzahl bzw Luftdurchfluss).
Ob das wasser mit 1000 m/s oder 1m/s durch den Radiator fließt dürfte nun meiner Überlegung nach doch kaum eine (wenn, dann sehr geringe) Auswirkung auf den Wärmestrom haben.

Betrachtet man sich nun CPU-Kühler o.ä. dann würde nach obiger Beschreibung mehr Wärme vom Prozerssor ans Kühlmedium übergeben werden, wenn das Wasser schneller hindurchfließt. Aber hier muss/müsste man berücksichtigen, das der Wärmestrom maßgeblich von der Wassertemperaturen am Kühlereingang abhängt. Ist dies nicht der wichtigste Punkt?
Ich denke es dürfte auf die CPU-Temperaturen keine Auswirkung haben, ob ich nun einen super-schnellen Durchfluss habe oder einen langsameren Durchfluss(?). Lediglich Die Wassertemperaturen am Kühlerausgang müssten sich doch unterscheiden.

(Wenn man den Gedankengang ins extreme führt, kommt man zwar zum anderen Schluss, aber ich beziehe mich auf herkömmliche Durchflusswerte zb. 40L/h und 180 L/h als langsam/schnell-fließendes Medium).

Hab ich hier grobe Fehler in meiner Überlegung oder irgendetwas nicht bedacht? Bin für Korrekturen oder ähnliches dankbar.

 

[VDC]

Auswirkungen des Durchflusses auf den Radiator:
Die Differenz zwischen Ein- und Ausgang wird größer, Wärmestrom ist immer noch gleich

High-Flow:
Weniger Restriktion, weniger Arbeit für die Pumpe --> mehr Komponenten integrierbar

High-Flow-Kühler:
Jeder Kühler skaliert (leciht anders) mit dem Durchfluss, idR lohnt es sich aber nicht, extra auf High-Flow Komponenten umzubauen, dafür ist der Effekt zu gering.

 

[Glanter]

Auswirkungen des Durchflusses auf den Radiator:
Die Differenz zwischen Ein- und Ausgang wird größer, Wärmestrom ist immer noch gleich

High-Flow-Kühler:
Jeder Kühler skaliert (leciht anders) mit dem Durchfluss, idR lohnt es sich aber nicht, extra auf High-Flow Komponenten umzubauen, dafür ist der Effekt zu gering.

2/3 sign

Ich hab bei 120 l/h ein deltaT von 1.5°, CPU das letzte Heizelement. bei 60 l/h hätte ich eine 2° CPU Temperaturerhöhung. bei 30l/h dann schon 4° was bei OC schon einiges aus macht.
Dazu kommt noch die schlechtere Kühlwirkung des CPU Kühlers weil durch den schwächeren Wasserfluss die Verwirbelungen schwächer sind.

 

[VDC]

2/3 sign

Ich hab bei 120 l/h ein deltaT von 1.5°, CPU das letzte Heizelement. bei 60 l/h hätte ich eine 2° CPU Temperaturerhöhung. bei 30l/h dann schon 4° was bei OC schon einiges aus macht.
Dazu kommt noch die schlechtere Kühlwirkung des CPU Kühlers weil durch den schwächeren Wasserfluss die Verwirbelungen schwächer sind.

High-Flow liegt aber nicht bei 120l/h, sondern darüber. und ein gewisses Maß (~60l/h) sind schon erforderlich, 30l/h sollten schon zum Nachdenken animieren.

 

[eraser-x]

lol ka ob das ein gutes beispiel ist aber eine tasse tee rühre ich ja auch fleissig unm das sie nicht so heiss ist sondern besser abkühlt ^^

sprich bleibt der tee still stehen dauert es länger bis er kalt wird

oder bin ich da komplett auf dem falschen weg?


mfg

 

[VJoe2max]

Zunächst mal: Es legt heut zu Tage eigentlich niemand mehr besonders viel Wert auf extrem hohen Durchfluss. Diese Zeiten sind vorbei und die Strategie extreme Durchflüsse durch brachiale Pumpenpower zu erreichen, um noch einigermaßen passable Strömungsgeschwindigkeiten in den kritischen Querschnitten zu erreichen (das ist letztlich HighFlow), hat sich wegen ihrer Nebenwirkungen (Lärm, Abwärme) und weil restriktivere Systeme besser arbeiten, als Irrweg entpuppt . Solche HighFlow-Orgien werden nur noch in den USA und hier halt zum Spaß, nachdem Motto "mehr Power" oder Rekordjagd betrieben (siehe Zauchers 1000L/h-Projekt) .

Das dürfte meiner Ansicht nach doch nur daher kommen, dass die Querschnittsfläche durch den das Wasser gepumpt wird, kleiner ist, und somit weniger Durchflusswiderstand erzeugt wird. (richtig?).

Falsch - natürlich wird der Strömungswiderstand mit größerer Querschnittsfläche geringer, nicht mit kleinerer! Bei gegebener Strömungsenergie (also was die Pumpe an Bewegungsenergie ans Wasser überträgt) sinkt also die Strömungsgeschwindigkeit bei einem solchen "HighFlow"-Radiator. Eine hohen Strömungsgeschwindigkeit ist aber das Ziel, um einen guten Wärmeübergang mittels einer möglichst turbulenten (also schnellen) Strömung zu erzielen. Allerdings ist dieser Aspekt im Radiator nicht der kritische Punkt! Hier ist nicht der Wärmeübergang vom Wasser an den Radiator, sondern der vom Radiator an die Luft der limitierende . Deshalb skaliert die Radiatorleistung stark mit dem Luftdurchsatz aber so gut wie überhaupt nicht mit dem Volumenstrom des Wassers - egal, ob der Radi dem Wasser gegenüber nun viel oder wenig Widerstand bietet. Die Restriktivität des Radiators ist also höchstens relevant in dem Sinne, dass man eine schwache Pumpe hat, die dann nicht mehr genug Durchsatz schafft, um die Kühler vernünftig zu befeuern. Verglichen mit Kühlern sind btw. alle Radiatoren recht widerstandsarm. Das Präfix heute noch vorkommende "HighFlow" oder "HF" hat also im Wesentlichen werbetechnische Hintergründe und nichts mit tatsächlichem HighFlow zu tun. "HighFlow" hat sich während der Zeit des HighFlow-Wahns vor einigen Jahren als Schlagwort eingebürgert und wird, gerade für Neulinge in verwirrender Weise, nach wie vor als Werbemittel missbraucht. Wenn tatsächlich HighFlow gemeint wäre und nicht nur ein, im Vergleich zum Konkurrenzprodukt, marginal geringerer Widerstand, wäre "HighFlow" bei eigentlich allen Wakü Produkten ein Negativ-Prädikat . Man muss also unterscheiden zwischen HighFlow im Sinne der unsinnigen Widerstandsbeseitigung im Kreislauf die dann durch extreme Pumpenpower kompensiert werden muss, um kühltechnisch annähernd an die Ergebnisse heutiger Waküs heran zu kommen, und "HighFlow" im Sinne dessen, dass Produkt A ein bisschen weniger Druckverlust erzeugt als Produkt B aber beide mit moderater Pumpenleistung bereits sehr hohe Effektivität erreichen (insbesondere bei Kühlern) .

Beim Radiator musst du dir darum aber wie gesagt keine Gedanken machen. Der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Festkörper und Fluid ist nur in den Kühlern wirklich ausschlaggebend. Bei Radiatoren würde das erst interessant bei Luftdurchsätzen jenseits von gut und böse (mit entsprechendem Lärm verbunden), denn bis die Limitierung durch den Wärmeübergang zur Luft geringer ist, als die vom Wasser zu den Radiatorrohren, ist längst jeglicher Lautstärkevorteil einer Wakü dahin - falls der Punkt überhaupt mit Lüftern erreichbar ist (was bezweifelt werden darf).


@eraser-x:
Zu deinem Teetassen-Modell: Prinzipiell verbessert sich natürlich auch hier der Wärmeübergang zur Tassenwand mit steigender Strömungsgeschwindigkeit etwas - allerdings erreichst du hier keine turbulente Strömung - und wenn doch - nun ja, dann wäre der Tee überall nur nicht mehr in der Tasse
Der Effekt der zur schnelleren Abkühlung des Tees durch das Rühren führt ist der der erzwungen Konvektion zwischen der Tee-Oberfläche und dem Volumen
gegenüber der freien Konvektion allein aufgrund des Temperaturunterschieds. In einer schlecht wärmeleitenden Keramiktasse (aber auch ein anderen Tassen) wird zudem der Haupteffekt der Abkühlung nicht durch einfachen Wärmetausch erreicht sondern durch den Phasenwechsel an der Oberfläche. Sprich durch die Verdampfungsenthalpie die dem Tee bei der Verdampfung andern Oberfläche entzogen wird. Erst wenn der Tee schon relativ kühl ist und kaum noch Verdampfung an der Oberfläche stattfindet nimmt der Anteil am abkühlenden Wärmestrom relativ gesehen zu .


^ um meinem Ruf als Romanschreiber mal wieder gerecht zu werden

 

[JojoTheMaster]

Das gibt gleich mal wieder ein Lesezeichen für die Rubrik: Dem Johannes seine Waküweisheiten - Band 1



Edit: Schei** Deppenapostroph^^

 

[VDC]

Der ist doch schon bei Band 30 oder net?

@Joe: Du hast in deinem Tee-Abschnitt den Löffel vergessen, der transportiert beim Rühren doch auch ordentlich Wärmeenergie.

 

[Dunkelvieh]

Hauptsächlich ist der Löffel aber wohl wirklich der "Lüfter" in diesem Fall.

Joe, du bist einfach krank

 

[balmung]

Die Fläche Des Löffels die aus dem Tee ragt hat wird aber von den Fingern zum größten Teil verdeckt,
wobei noch ein Wärmeübergang Löffel -> Hand entsteht der bis Tausgleich ca 35°C ablauft, und dann mit t gegen unendlich den Tee wärmt.

 

[special_fx]

Den Thread könnte man schließen.

Die gängigen Pumpen die man bei Aquatuning und Co. bekommt haben genug Leistung um CPU + Grafikkarte + Radiator mit Wasser zu durchströmen. Das meiste macht die Radiatorfläche und der Luftstrom aus und nicht die Fließgeschwindigkeit.

 

[VDC]

Die Fläche Des Löffels die aus dem Tee ragt hat wird aber von den Fingern zum größten Teil verdeckt,
wobei noch ein Wärmeübergang Löffel -> Hand entsteht der bis Tausgleich ca 35°C ablauft, und dann mit t gegen unendlich den Tee wärmt.

Wenn der Tee heiss ist, fassst man den Löffel aber mehr oder minder nur mit den Fingerspitzen an, ergo ist dann die Fläche größer.

Jetzt müssten wir nur wissen, wie groß die typische freie Fläche eines Löffels beim Umrühren ist und mit welcher Geschwindigkeit dieser typischerweise rührt. Ich glaub, das ist mal wieder was fürs statistische Bundesamt

 

[VJoe2max]

Noch als Ergänzung, weil ich oben nicht konkret drauf eingegangen bin:

Ob das wasser mit 1000 m/s oder 1m/s durch den Radiator fließt dürfte nun meiner Überlegung nach doch kaum eine (wenn, dann sehr geringe) Auswirkung auf den Wärmestrom haben.

Da liegst du beim Radiator wie gesagt richtig - nicht weil es gar keinen Effekt hätte sondern weil die Effektivität des anderen Wärmeübergangs hier einfach die limitierende ist . Wobei 1000m/s Wassergeschwindigkeit im wahrsten Sinn des Wortes tödlich wären. Da würde das Wasser glatt durch die Wand des Radiators schießen und dem nebenstehenden Wakü-Fan tödliche Verletzungen beibringen . 1000m/s sind etwa die Geschwindigkeit die Gewehrkugeln aus einem G36 erreichen können .

Betrachtet man sich nun CPU-Kühler o.ä. dann würde nach obiger Beschreibung mehr Wärme vom Prozerssor ans Kühlmedium übergeben werden, wenn das Wasser schneller hindurchfließt. Aber hier muss/müsste man berücksichtigen, das der Wärmestrom maßgeblich von der Wassertemperaturen am Kühlereingang abhängt. Ist dies nicht der wichtigste Punkt?
Ich denke es dürfte auf die CPU-Temperaturen keine Auswirkung haben, ob ich nun einen super-schnellen Durchfluss habe oder einen langsameren Durchfluss(?). Lediglich Die Wassertemperaturen am Kühlerausgang müssten sich doch unterscheiden.

Am Kühler sieht die Sache wie gesagt etwas anders aus. Es ist wichtig mindestens den laminar-turbulent Übergang mit der Strömungsgeschwindigkeit zu überschreiten, um einen guten Wärmeübergangskoeffizienten zu erreichen. Ab 30L/h ist das bei allen heutigen Kühlern sicher der Fall. Die weitere Steigerung des Turbulenzgrades, und damit bei festem Querschnitt auch des Durchflusses, tritt noch eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs ein, aber diese Verbesserung wird mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit (bzw. Durchfluss) immer geringer. Als Daumenwert, der für die meisten Kühler ganz gut passt, kann man sagen, dass ab einem Durchfluss von 60 L/h keine sauber messbare Steigerung der Kühlleistung mehr stattfindet (das ist natürlich von Kühler zu Kühler bisschen verschoben aber passt im Regelfall ganz gut). Bei der Steigerung von 30L/h auf 60L/h können je nach Kühler gut und gerne 5K Verbesserung drin sein, während im viel größeren Bereich zwischen von 60L/h bis 300 L/h oder 400l/h (was dann im ursprünglichen Sinne als HighFlow-bezeichnet werden würde) in der Regel noch 1K bis 2K Differenz zu holen sind, die sich aber mit der üblichen Messtechnik für die Wassertemperatur nicht mehr auflösen lassen. Über CPU-Temps müssen wir da gar nicht sprechen da man die nicht messen kann (aber das ist ein Weiteres sehr umfangreiches Thema ).

(Wenn man den Gedankengang ins extreme führt, kommt man zwar zum anderen Schluss, aber ich beziehe mich auf herkömmliche Durchflusswerte zb. 40L/h und 180 L/h als langsam/schnell-fließendes Medium).

Wenn man sich nur die Differenz der Wassertemperaturen am Ein- und Ausgang des Kühlers ansieht ist der Gedankengang auch völlig korrekt. Man kann sogar leicht berechnen wie groß die ungefähre Differenz ist, wenn man weiß wie viel Verlustleistung das gekühlte Bauteil verbrät (ändert sich natürlich mit dem Durchfluss, aber über 60 l/h nicht mehr in relevanten Größenordnungen bei CPUs. Bei GPUs mit hoher Heizleistung können die Differenzen schon messbar sein. Allgemein bei Halbleitern gehen btw. 100% der elektrischen Energie in Wärme über.
Wenn du aber die Absolutwerte betrachtest, sinken diese eben nach dem oben beschriebenen Schema zwischen dem laminar-turbulent Übergang und extremen hohen Durchflüssen stetig, aber eben mit zunehmendem Durchfluss immer weniger. Wenn die Pumpe also 60L/h schafft und ein Pumpenupgrade mit größerem Lärm oder deutlich mehr Verlustleistung der Pumpe, die ans Wasser abgegeben wird, verbunden ist, lohnt sich eine so erreichte Durchflusssteigerung bereits nicht mehr. Ist einem der Lärm egal bringt die Steigerung aber auch keine wirklich messbaren Vorteile mehr. Schafft die Pumpe hingegen problemlos 100L/h und ist dabei sogar noch leise, so ist das zumindest nicht von Nachteil. Einen messbaren Boost bei der Kühlleistung bringt es aber auch nicht.

Hab ich hier grobe Fehler in meiner Überlegung oder irgendetwas nicht bedacht? Bin für Korrekturen oder ähnliches dankbar.

Nur paar kleine . Aber war im Wesentlich an den meisten Stellen schon ganz gut gedacht


Edit:
@Löffelfrage: Da habt ihr natürlich recht - das hab ich natürlich völlig unterschlagen

 

[balmung]

@ VJoe2max

die Kraft die der Radiator bei senkrechten aufprall der Flüssigkeit standhält ist
bei 10mm ID und 1000m/s und rho = 1000kg/m³ 78,54 kN vereinfacht angenommen Strahl trifft senkrechte Fläche.

 

[VJoe2max]

Irgendwie fehlt da ein Faktor 0,5 .

Aber in jedem Fall widersteht die Radiatorwand einem solchen Impakt nicht. Das entspräche statisch betrachtet fast vier Tonnen Gewicht auf einer Fläche von 78,5mm²

 

[Thermomann]

Also danke für alle Antworten im speziellen an Joe. Den Aspekt der laminaren/turbulenten Strömung im Kühler hatte ich nicht bedacht.
Hatte mich, wie erwähnt, nur extrem gewundert, das manche Radiatoren mit hohem Durchfluss (werbetechnisch) angepriesen werden.

 

[Guapa]

http://www.hardwareluxx.de/community/f137/waermetauscher-aufbau-funktion-und-die-physik-die-dahinter-steckt-763118.html

 

[Lumpensammler]

Da wird einfach zu viel wissenschaftliches reininterpretiert.Highflow ist eher eine Must-have Geschichte.

 

[balmung]

Da wird einfach zu viel wissenschaftliches reininterpretiert.Highflow ist eher eine Must-have Geschichte.

Eine Must- have Geschichte wie Luft zum atmen oder wie ein Smart- phone mit Ausbeutervertrag im Kohlebergwerk?

Solang man im turbulenten Bereich der Strömung ist, was in den meisten Kühlkörpern (besonders cpu- Kühler) der Fall ist, passts.
Und der Fall wird auch mit einer Laing oder Aquastream eintreten.

 

[Perplex]

Aber 18xD5 sind schon irgendwie lecker, zumindest bis zum Einschalten. Danach wird wohl eher eine Kopf-Tisch-Reaktion eintreten, evtl mit einem leichten Grinsen im Gesicht.

 

[Dunkelvieh]

LoL.

Selbst kleine Pumpen erledigen das mit der Turbulenten Strömung sehr zuverlässig. Auf 30% macht meine DC12-260 noch >70L/h. Das reicht dicke.

 

[VDC]

Da wird einfach zu viel wissenschaftliches reininterpretiert.Highflow ist eher eine Must-have Geschichte.

Sach ma, quatscht du den ganzen Tag eigentlich nur Blödsinn?

Da ist nichtmals was wirklich wissenschaftliches drin oder hast du da ne Formelsammlung gesehen? Es ist nur eine ganz normale Definition.

 

[1337_alpha]

Hast du deine Tage,du Freak?
Es wird einfach zu viel Gerede um die Größe der Radis und Pumpen gemacht,nur um 1-2° Temp zu sparen.
Und jetzt verkriecht dich wieder in dein Loch!

Komm mal wieder runter
Das ist ja jedem selbst überlassen obs einem auf ein paar Grad ankommt bei vielen ist das halt so oder warum hätten sie sonst eine Wakü

Und was ist an High Flow ein Must Have?
Entweder man findet gefallen daran oder nicht wenns einem auf die paar Grad nicht ankommt
Manche legen ja auch elendig viel Geld für einen besseren Radi oder CPU Kühler hin nur um ein klein wenig bessere Temps zu bekommen, also warum das nicht auch mit den Pumpen machen?

 

[Lumpensammler]

Komm mal wieder runter
Das ist ja jedem selbst überlassen obs einem auf ein paar Grad ankommt bei vielen ist das halt so oder warum hätten sie sonst eine Wakü

Und was ist an High Flow ein Must Have?
Entweder man findet gefallen daran oder nicht wenns einem auf die paar Grad nicht ankommt
Manche legen ja auch elendig viel Geld für einen besseren Radi hin nur um ein klein wenig bessere Temps zu bekommen, also warum das nicht auch mit den Pumpen machen?

das meinte ich ja auch damit.Ich verurteile Highflow auch nicht.Hatte es ja selbst verbaut.
Der Typ nervt nur.

 

[VJoe2max]

Könnt ihr euch vllt. wieder zivilisiert unterhalten? Ist doch nicht zu fassen, dass sich hier zwei altgediente Wakü-Freaks so angiften, nach dem Motto, wer wohl der größere Freak sei ...

Es ist in der Tat keine nennenswerte Wissenschaft mehr dahinter, denn Wissenschaft würde bedingen, dass es noch was zu erforschen gäbe. Alle Zusammenhänge die mit der ursprünglichen Fragestellung zusammenhängen sind in Theorie und Praxis so weit bekannt, das alle relevanten Effekte die nicht auf spezielle Hightech-Probleme (z.B. Oberflächenstrukturierung mit hydrophilen oder hydrophoben Schichten etc.) oder auf Effekte zweiter Ordnung abzielen einwandfrei beschreiben und mathematisch formuliert sind. Man könnte im Prinzip eine komplette Wakü strömungsmechanisch und thermodynamisch durchrechnen und es würde mit den Messwerten im Rahmen der Messtoleranzen übereinstimmen, wenn alle bekannte Einflussgrößen beachtet würden.
Das notwendige Handwerkszeug ist vorhanden aber der Aufwand steht in keinem Verhältnis zum Nutzen.

Letztendlich ist aber zum Glück jedes System anders und jede Wakü hat ihre kleinen Tücken in der Praxis, so dass man letztlich mit Erfahrung und ein bisschen gesundem Menschenverstand viel schneller und effizienter ans persönlich gesteckte Ziel kommt, als mit wissenschaftlichen Methoden. Ansonsten würde unser Hobby auch nicht wirklich Spaß machen - oder wie seht ihr das?