Theoretische Physik über Waküs!!

[Snuffy]

Mit diesem Thread versuche ich möglichst viele Überlegungen zusammenzutragen, die helfen könnten Waküs zu verbessern.
Ich hab schon einige Foren durchgeforstet aber nur selten wurden überhaupt theoretische Grundlagen behandelt.
Aus diesem Grund eröffne ich diesen Thread.
Dann mach ich auch gleich mal den Anfang.
Welche Größen bestimmen denn die Kühlleistung(hoffe ich begehe hier nich den ersten Fehler)?

1. Wahl des Kühlkörpermaterials (Kupfer, Alu oder Diamant : -) )
2. Die Temperaturdifferenz zwischen Wasser und Kühler(Cu meistens)
3. Die Oberfläche zwischen Wasser und Kühler
4. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers.
5. In wieweit die Strömung laminar oder chaotisch ist.
6. Entfernung vom Hotspot(DIE) zum Wasser (Leitfähigkeit des Materials)


Wenn man nun eine Wakü bauen möchte sind ja bestimmte Parameter schon vorgegeben. Meistens hat man ja schon eine Pumpe (oder schon in Aussicht). Dadurch ist ja bedingt auch schon die Strömungsgeschwindigkeit vorgegeben, es sein denn man verwendet 1mm Schläuche : ). Dann ist ∆T bestimmt durch den Radiator.
Also bleiben noch die Oberfläche und die Verwirbelungen des Wassers.

Wie groß wäre der Unterschied zwischen einer gefrästen und einer gebohrten Wakü??
Eigentlich müsste der Unterschied ja gar nich so groß sein, da ja eine Faktoren wegfallen und die Oberfläche ähnlich groß ist, nur ist die Strömung etwas chaotischer(durch scharfe Kanten) was nur positiv sein kann.

Inwieweit spielen folgende Faktoren eine Rolle?
1. Wenn man einen zu großen Durchmesser wählt dann dürfte die Strömung am Rand sehr klein sein, da die Wassermenge locker in der Mitte strömen kann.
2. Macht es was aus wenn das Wasser „komprimiert“ und gedehnt wird. Damit mein ich was macht es aus wenn dich der Durchmesser ändert? Hab irgendwo gelesen das man solche Veränderungen vermeiden sollte, da dadurch der Durchfluss gehindert wird.


So ich hoffe ihr wisst nun worauf ich hinauf will und hoffe auf produktive Antworten.

 

[fallenangel]

also: der durchmesser darf sich ruhig ändern, wobei die dünnste stelle im kreislauf den größen widerstand bietet!

das DeltaT Wasser - CPU ist seht gering. daher sollte man eher schauen, das man eine gute Pumpe und einen guten radi hat! zudem ist das System dann ohne Großen anstieg auf alle Komponenten erweiterbar! arbeite momentan an einer RAMWAKÜ für meine GF4 und für meinen Apacer!

 

[Flox]

Original geschrieben von [P3D] Snuffy
Welche Größen bestimmen denn die Kühlleistung(hoffe ich begehe hier nich den ersten Fehler)?

1. Wahl des Kühlkörpermaterials (Kupfer, Alu oder Diamant : -) )
2. Die Temperaturdifferenz zwischen Wasser und Kühler(Cu meistens)
3. Die Oberfläche zwischen Wasser und Kühler
4. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers.
5. In wieweit die Strömung laminar oder chaotisch ist.
6. Entfernung vom Hotspot(DIE) zum Wasser (Leitfähigkeit des Materials)

Hi...

...also meine Meinung zu den Punkten:

1. Wenn Du´s Dir leisten kannst, dann unbedingt Diamant, die Wärmeleitfähigkeit ist mit etwa 15W/cmK bei ca. 50°C deutlich höher als die von Kupfer. Ein Diamant-Kühler durchschnittlicher Größe hätte wohl etwa um die 1500 Karat. Wenn man bedenkt, dass der berühmte Cullinan-Diamant 3106 Karat hatte und aus diesem u.a. der Stern von Afrika (der zu den britischen Kronjuwelen gehört) mit 530 Karat geschliffen wurde, dann wird´s ein teurer Spaß!

2. möglichst hoch, da der Wärmeübergang durch die Temperaturdifferenz mitbestimmt wird

3. ebenfalls möglichst groß

4. siehe 3., da ein langsames Strömen ein stärkeres Aufheizen des Wassers zur Folge hat und die Temperaturdifferenz zwischen Kühler und Wasser geringer wird, als bei schneller Strömung

5. turbulente Strömung, da die Wärme dadurch besser über den gesamten Wasserquerschnitt "verteilt" wird

6. so gering wie möglich, da die Schichtdicke im Nenner in die Gleichung zur Berechnung des Wärmestroms eingeht

Original geschrieben von [P3D] Snuffy
Inwieweit spielen folgende Faktoren eine Rolle?
1. Wenn man einen zu großen Durchmesser wählt dann dürfte die Strömung am Rand sehr klein sein, da die Wassermenge locker in der Mitte strömen kann.
2. Macht es was aus wenn das Wasser ?komprimiert? und gedehnt wird. Damit mein ich was macht es aus wenn dich der Durchmesser ändert? Hab irgendwo gelesen das man solche Veränderungen vermeiden sollte, da dadurch der Durchfluss gehindert wird.

1. Klar...das Wasser erwärmt sich im langsamen Randbereich stärker als bei einer schnellen Strömung, die Temperatur-Differenz nimmt ab und damit verringert sich der Wärmestrom

2. Änderungen des Querschnitts oder Winkelstücke haben Druckverluste zur Folge, die durch die Pumpe ausgeglichen werden müssen.

Gruß, Flox

 

[ProphetCHRIS]

Wenn wir hier eine ruhige anspruchsvolle Diskussion zusammenbekommen, ohne das sich hier einer tierisch aufregt das die anderen falsch liegen, dann können wir den auch oben anpinnen...

 

[electrip_flip]

Hi,

versuchen wir es mal wieder .

Wichtig ist es, die verwendeten Begriffe im Vorfeld
zu definieren, sonst reden wir aneinander vorbei.

1. Vorschlag:

Unterscheidung zwischen Durchflussmenge und Fließgeschwindigkeit.
Diese beiden Begriffe werden leider oft synonym verwendet, was
Ursache vieler Mißverständnisse und auch Streites ist.

Die Durchflussmenge ist die Menge an Kühlflüssigkeit,
die in einem definiertem Zeitraum durch eine Komponente
des Kreislaufes transportiert wird.
Es wird KEINE Aussage über die Geschwindigkeit getroffen.

Die Fließgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit,
die ein Kühlmittel in einem definierte Querschnitt
des Kreislaufes hat.
Es wird KEINE Aussage über die Menge getroffen.

Beide Werte sind über die Querschnittsfläche
der betrachteten Komponente verknüpft.
Durch Veränderung der Geometrie kann man
diese Werte auch unabhängig voneinander ändern.

Hoffe geholfen zu haben,

Philipp

 

[fallenangel]

um flox zu korrigieren: das wasser muss MÖGLICHST SCHNELL sein!

dadurch kann das wasser mehr energie aufnehmen und mitnehmen!

 

[electrip_flip]

Original geschrieben von fallenangel
um flox zu korrigieren: das wasser muss MÖGLICHST SCHNELL sein!

dadurch kann das wasser mehr energie aufnehmen und mitnehmen!

Und schon beginnen die Ungenauigkeiten.

Unsere Prozessor produziert eine bestimmte Energiemenge,
und genau die wird abtransportiert, nicht mehr und nicht weniger.

Das Kühlmittel hat eine definierte Wärmekapazität,
diese wird beschrieben durch die Temperaturerhöhung
bei Zuführung einer bestimmten Energiemenge in eine
definierte Masse Kühlmittel.

Wenn man weniger Masse pro Zeit durch den Kühlkörper jagt,
dann muß das Kühlmittel sich mehr erwärmen.
Ab einer bestimmten Menge merkt man aber kaum noch einen
meßbaren Unterschied.

Das war die Durchflußmenge.

Das ist was anderes als die Durchflußgeschwindigkeit .

Philipp

 

[ProphetCHRIS]

Außerdem denke ich, das wir hier schwer zwischen theoretischen und praktischen Erfahrungen differenzieren sollten. Nicht immer die eigene Meinung vertreten, nur man sich das mal so denkt, wer aus privater oder beruflicher Erfahrung schreibt, der ist mir allemal lieber, als jemand der immer nur davon was gelesen hat und sich seinen Teil denkt... So kann man dann auch Streitereien vermeiden. Also erst nachdenken und dann posten bitte schön...


PS: ist gegen keine Person hier im Thread gerichtet, lediglich generell gemeint.

 

[Flox]

Original geschrieben von fallenangel
um flox zu korrigieren: das wasser muss MÖGLICHST SCHNELL sein!

Habe ich was anderes geschrieben?

Original geschrieben von electrip_flip
Wenn man weniger Masse pro Zeit durch den Kühlkörper jagt,
dann muß das Kühlmittel sich mehr erwärmen.
Ab einer bestimmten Menge merkt man aber kaum noch einen
meßbaren Unterschied.

Das war die Durchflußmenge.

Das ist was anderes als die Durchflußgeschwindigkeit .

Einigen wir uns doch auf eine hypothetische WaKü mit definiertem Querschnitt, dann reden wir auch alle von der gleichen Sache, oder?

Gruß, Flox

 

[electrip_flip]

Einigen wir uns doch auf eine hypothetische WaKü mit definiertem Querschnitt, dann reden wir auch alle von der gleichen Sache, oder?

Gruß, Flox [/B]

Richtiger Ansatz .

Ich schlage vor, diesen hypothetischen Kühler möglichst einfach
zu gestalten, habe da mal was vorbereitet (sorry for the pics).

Ist ein 'Gleitschichtkühler' mit theoretisch parallelem Fluß des
Wassers, also Geschwindigkeit überall gleich, Fläche definiert,
Spaltmaß definiert (die Werte erfinden wir dann hier).

(Vorschlag: 50mm * 50mm = 2500mm² Kontaktfläche zum Wasser,
Spaltmaß 2 mm => 50 mm * 2 mm = 100 mm² Querschnittsfläche)

Immer noch kompliziert genug, aber abschätzbarer als
ein Labyrinth-Typ oder ein Cuplex-Evo.

Philipp

 

[fallenangel]

wenn du den Kühler so aufbaust, flgst das wasser erstmal der Trägheit und strömt nicht über die ganze fläche! die stutzen müssen Diagonal in den ecken sitzen und auf dem deckel sein! geht besser so!

 

[electrip_flip]

Original geschrieben von fallenangel
wenn du den Kühler so aufbaust, flgst das wasser erstmal der Trägheit und strömt nicht über die ganze fläche! die stutzen müssen Diagonal in den ecken sitzen und auf dem deckel sein! geht besser so!

Nein, genau das will ich nicht.
Das kompliziert die Abschätzung der Effekte.
Hier geht es um einen hypothetischen Kühler,
nicht um eine Zern/innovatek/swiftek-Kopie.

Allenfalls sollten der Zu- und Abfluß entgegengesetzt sein.
Solange das Spaltmaß klein gegen das Rohrmaß ist,
wird auch der gesamte Querschnitt des Kühlers genutzt.
Das Wasser nimmt den Weg des geringsten Widerstandes,
und das ist der gesamte Querschnitt.

Das mit der Trägheit verstehe ich nicht.

Philipp

 

[Flox]

Original geschrieben von electrip_flip
Das mit der Trägheit verstehe ich nicht.

Philipp

Fallenangel meint, dass das in den Kühler hineinströmende Wasser so träge ist, dass es den in Deiner Zeichnung "langen" Weg oben rum nimmt und weniger Wasser den kurzen, weil es "die Kurve nicht kriegt".

Meiner Meinung nach ist dieser Effekt - den man z.B. in engen Bachwindungen beobachten kann, da steht das Wasser im "Kurveninneren" auch fast still - wohl vernachlässigbar, wenn das Spaltmaß klein genug gegenüber den Schlauchdurchmesser ist. Wie das in unserem Beispiel mit 2mm Spalt und 6mm oder auch 8mm Schluachdurchmesser ausschaut, kann ich aber nicht sagen...sowas ließe sich aber durch eine geeignete Kühlerauslegung auch vermeiden.

Gruß, Flox

 

[Snuffy]

1. Will ich mir demnächst selber ne Wakü bauen und will deswegen wissen wie so etwas theoretisch aussähen müsste.
Da es aber keine Site im Web dazu gibt(hab keine gefunden) kann dies ruhig als Open Source Wakü genutzt werden da, da es keine kommerzielle Anwendung findet. Wäre somit auch keine Konkurenz für WC oder andere Hersteller.

Mir ist natürlich auch die "Machbarkeit" solch einer Wakü wichtig denn man könnte solche eine Wakü erst fräsen und dann erodieren um eine wunderschöne "Landschaft" hinzubekommen und so die Oberfläche wesentlich zu vergrößern aber wie gesagt es soll machbar/ bezahlbar sein.

Für mich wär auch der Vergleich zu einer Rautenbohrung interessant.
denn dort leitet ja das Kupfer von allen Richtungen die Wärme ab und nich wie bei einer gefräsen(mit Deckel-vll auch von Deckel-Fräsmaschinen : -)) nur am Boden und an der Seite, denn der Deckel liegt nich auf dem Unterteil auf oder nur unzureichend.

Wenn wir schonmal dabei sind wie würdet ihr solch einen Deckel abdichten?? Ich will nich löten da dann Kupfer anläuft(was nicht schön aussieht)

Außerdem soll die Wakü 80x80 großwerden damit man sie richtig festmachen kann -nich nur mit so'n popeligen Klammern.

Den Wärmeübergang von der DIE zum Cu hab ich erstma weggelassn, da das Cu plan sein sollte(poliert) und man ruhig mit Wlp ausprobieren kann (ob ASIII oder Silikonpaste).

Hoffe hab nix vergessn .

Ahso soll Forums übergreifend sein deswegn:
Planet3DNow!
OCinside Watercool

 

[fallenangel]

es würde mehr wasser oben lang fließen! is doch klar, da bei dem großen gesamtquerschnitt fast keine reibung auftritt! ich täte die anschlüsse halt vesetzten, um GANZ sicher zu gehen! eine kleine änderung der FLießgeschwindigkeit könnte durch einen hotspot das ende der CPU bedeuten...... Unwahrscheinlich, aber möglich!!

 

[Deus4ever]

Stellen wir uns mal nen theoretischen Kühlkörprer vor. Dann wäre es doch von vorteil wenn eine möglichst große fläche vom Wasser durchlaufen würde. also sollte es doch möglich sein in einen Kupferblock eine Schneke zu fräsen. So nun meine Frage : da der Mittelpunkt wahrscheinlich dann über dem Prozessorkern liegt sollte dies dann der Ausgang oder der Eingang sein ??

 

[electrip_flip]

Original geschrieben von Deus4ever
Stellen wir uns mal nen theoretischen Kühlkörprer vor. Dann wäre es doch von vorteil wenn eine möglichst große fläche vom Wasser durchlaufen würde. also sollte es doch möglich sein in einen Kupferblock eine Schneke zu fräsen. So nun meine Frage : da der Mittelpunkt wahrscheinlich dann über dem Prozessorkern liegt sollte dies dann der Ausgang oder der Eingang sein ??

Da die Temperaturdifferenz des Wassers zwischen Ein- und Auslass sehr gering ist,
bietet sich das Gegenstrom-Prinzip nicht an (Auslass über Die).
Im Gegenteil, (fast) alle Kühler haben den Einlass über dem Die,
um eine möglichst hohe Temperaturdifferenz zwischen CPU und Wasser zu ermöglichen,
sowie weil sich eine ausgeprägte Turbulenz in diesem Bereich entwickelt.

Ein Spiralblock performt aber nicht zwangsweise besser als ein Gleitschichtkühler .


Philipp

 

[electrip_flip]

Original geschrieben von fallenangel


es würde mehr wasser oben lang fließen! is doch klar, da bei dem großen gesamtquerschnitt fast keine reibung auftritt! ich täte die anschlüsse halt vesetzten, um GANZ sicher zu gehen! eine kleine änderung der FLießgeschwindigkeit könnte durch einen hotspot das ende der CPU bedeuten...... Unwahrscheinlich, aber möglich!!

Besser?
Ich glaube aber, daß Du Dir zuviel Gedanken zur Trägheit des Wassers machst,
rechne mal aus (für alle , welche Geschwindigkeit die Wassersäule hat bei 120 L/h,
und einem Schlauchdurchmesser von innen 10mm.

Philipp

 

[fallenangel]

wenn dus so wie oben, und wie verlangt machst, kannste die stutzen aber lieber aufn deckel packen! versteh eh nicht, warum du dich dagegen gewehrt hasst....

 

[electrip_flip]

Original geschrieben von fallenangel
wenn dus so wie oben, und wie verlangt machst, kannste die stutzen aber lieber aufn deckel packen! versteh eh nicht, warum du dich dagegen gewehrt hasst....

Bau doch mal einen GraKa-Kühler,
der NICHT einen PCI-Slot kostet....

Philipp

 

[Flox]

Original geschrieben von electrip_flip
Ich glaube aber, daß Du Dir zuviel Gedanken zur Trägheit des Wassers machst,
rechne mal aus (für alle , welche Geschwindigkeit die Wassersäule hat bei 120 L/h,
und einem Schlauchdurchmesser von innen 10mm.

Philipp

Also ich hab das für meine Eheim1048 mal gemacht unter der Annahme, dass durch Druckverluste etc. noch 200l/h Förderleistung übrigbleiben. Mit meinem 6mm-Schlauch/Kanal komme ich dann immer noch auf beachtliche 2m/s Wassergeschwindigkeit...grob gerechnet komme ich auf eine Reynoldszahl von ~12000, d.h. ich hätte unter diesen Bedingungen eine turbulente Strömung...

Gruß, Flox

 

[electrip_flip]

Original geschrieben von Flox


Also ich hab das für meine Eheim1048 mal gemacht unter der Annahme, dass durch Druckverluste etc. noch 200l/h Förderleistung übrigbleiben. Mit meinem 6mm-Schlauch/Kanal komme ich dann immer noch auf beachtliche 2m/s Wassergeschwindigkeit...grob gerechnet komme ich auf eine Reynoldszahl von ~12000, d.h. ich hätte unter diesen Bedingungen eine turbulente Strömung...

Gruß, Flox

Richtig gerechnet (1.965 m/s) ,
aber eigentlich sollte der gefallen Engel an die Tafel .

Wahrscheinlich haste aber keine 200 L/h,
aber wie soll man das auch messen können.

Deine obige Rechnung bezüglich Reynoldszahl zeigt Dir auch,
daß 6 mm Schlauch nicht so der Bringer ist.
Man verbraucht den Druck an der falschen Stelle.

Philipp

 

[Snuffy]

Hmm könntet ihr kurz sagen wie man die berechnet?? im Tafelwerk stehts net.

 

[Flox]

Original geschrieben von electrip_flip
Deine obige Rechnung bezüglich Reynoldszahl zeigt Dir auch,
daß 6 mm Schlauch nicht so der Bringer ist.
Man verbraucht den Druck an der falschen Stelle.

Philipp

Wie meinst Du das mit der Reynolds-Zahl? Ich finde es eigentlich ganz ok, im turbulenten Bereich zu arbeiten...oder meinst Du, eine 12000er-Reynoldszahl ist ein wenig übertrieben?

Original geschrieben von [P3D] Snuffy

Hmm könntet ihr kurz sagen wie man die berechnet?? im Tafelwerk stehts net.

Reynolds = (Geschwindigkeit*Dichte*charakteristische Länge)/dynamische Viskosität

Geschwindigkeit ist klar, Dichte auch
charakteristische Länge ist für Rohre der Durchmesser
dynamische Viskosität ist für Wasser bei 35°C etwa 1mPas

Gruß, Flox

 

[electrip_flip]

Original geschrieben von Flox

Wie meinst Du das mit der Reynolds-Zahl? Ich finde es eigentlich ganz ok, im turbulenten Bereich zu arbeiten...oder meinst Du, eine 12000er-Reynoldszahl ist ein wenig übertrieben?
Gruß, Flox

Im Schlauch ist turbulente Strömung zu vermeiden,
weil sie einen unnötigen Druckverlust bedingt.
Im Kühler stellt sich die Sache genau anders herum dar,
da soll viel Turbulenz/Geschwindigkeit herschen.

Philipp