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typfred

Junior Member

Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Friday, April 4th 2008, 2:19am

Mal eine Frage an die Rechengenies unter uns...
Da ja Wasser auch nur eine begrenzte Wärmeleitfähigkeit hat würde mich mal interessieren wie den die optimale Durchflussgeschwindigkeit sein sollte, damit, sagen wir mal ein Wassermolekül die maximal notwendige Verweildauer auf der Kühleroberfläche hat um die abgesonderte Wärme zu absorbieren. Irgendwann ist die Aufnahmekapazität des Moleküls ja auch erschöpft, vorallem wenn man mehrere Kühler üblicherweise in Reihe geschaltet hat. Geschwindigkeit ist ja schließlich auch nicht alles. Ich habe 2x Laing im Watercool-Deckel und habe einen Durchfluss von ca. 115 L/h und das bei CPU, 2x Mosfet, SB, NB, 2x 88GTX, RAM. Dabei sind im System im Schnitt Temperaturen von 35-45°C je nach Rechnerauslastung. Das Delta aus dem Kühler liegt im Schnitt bei 10°C.
Ich kann mir irgendwie nicht wirklich vorstellen dass, bei mal angenommen einem Durchfluss von 500 L/h eine bessere Wärmeabfuhr vorhanden ist. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit trägt ja schon die Reibung des Kühlmittels an den durchfliesenden Objekten wie Schläuchen zur   Wärmeentwicklung bei.
Ich kenn das berufsbedingt nur bei Flugzeugen. Da heizt sich z.B. die Außenhaut bei Kampfflugzeugen die Mach 3 fliegen können bis auf 345°C auf (die Concorde wurde durch die Reibung der Luft auf der Außenhaut bei Mach 2 bis zu 30cm länger!!!, das ist kein Witz). Deshalb kann da kein Alu mehr zum Bau verwendet werden sondern Titan, weil dann, wie es so schön bei Raumschiff Enterprise heisst, die strukturelle Integrität destabilisiert wird. Also das Alu wird weich, kann keine Kräfte mehr aufnehmen und verformt sich.
Vlei gibt es ja ein paar Physik Genies unter uns die diese elend lange Formel aus der Schule noch im Kopf haben....in diesem Sinne freue mich auf kompetente Antworten.

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Friday, April 4th 2008, 2:27am

;D mal wieder das alte thema :P

Weil ich gerade zu faul bin und bei HWL durch Zufall vorhin was schönes gefunden habe kommt das einfach mal hier rein ;)

Quoted

Du hast falsch gedacht, denn das Wasser kühlt sich im Radi im Prinzip nicht deutlich ab, es ist ein kontinuierlicher Prozess, der so die Temperatur des gesamten Systems auf einem Niveau hält. Es ist vom Resultat her das selbe, wenn du eine bestimmte Menge Wasser "in schneller Folge" immer ein bischen kühler machst (=hoher Durchfluss) oder die gleiche Menge "in langsamerer Folge" stärker abkühlst (= niedriger Durchfluss).

Das wichtige sind hier nicht die Temperaturdifferenzen des Wassers zwischen Ein und Ausgang sondern die abgegebene Wärmeenergie. Und die ist in beiden Fällen gleich groß. Daher kein Unterschied.

Ich hatte da schonmal ein Beispiel gepostet:

"Du nimmst einen Trichter, aus dessen Auslass pro Minute 1 Liter Wasser läuft. Das Wasser lauft in Eimer, die auf einem Förderband stehen. Und am Ende des Förderbandes ist eine Wanne, wo das Wasser dann reingekippt wird.

So, wenn du das Förderband einmal mit 5m/Sekunde und einmal mit 10m/Sekunde laufen lässt, und das eine Stunde lang, wieviel Wasser ist dann nachher in der Wanne?

Richtig, beidesmal findest du nach einer Stunde 60 Liter Wasser in der Wanne, da die Geschwindigkeit des Bandes keinen Einfluss auf die Menge Wasser die aus dem Trichter läuft hat.

So, der Trichter ist jetzt deine CPU, das Wasser ist die abgegebene Wärmeenergie deiner CPU, das Band mit den Eimern ist dein Wakükreislauf und die Wanne ist der Radi.

Du siehst: Wenn das Wasser schneller oder langsamer fließt nimmt es trotzdem noch genausoviel Wärmeenergie mit.

Und nochwas kann man sich da verdeutlichen. Was passiert, wenn das Band mit den Eimern sich extrem langsam bewegt? Richtig, die Eimer laufen über.

So wäre es auch in deiner Wakü. Bei sehr langsamer Geschwindigkeit würde sich das Wasser, das momentan im CPU Kühler ist sehr stark erwärmen, und deine CPU würde noch heißer, da nicht mehr genug Energie abgeführt werden könnte.


Quelle

Btw: 20l/h reichen dicke aus - aber das ist ja nun mal ansichtssache ;)
:rolleyes:

typfred

Junior Member

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Friday, April 4th 2008, 3:07am

Ahja, das ist mal ne leicht verständiche Erklärung. Allerdings habe ich da so meine Zweifel.
Wenn ich einen Topf mit Wasser auf den Herd setze und da 10 Minuten stehen lasse nimmt das Wasser mehr Wärme auf als wenn ich den Topf in einer Minute drüber schiebe.

...lieber 115€ auf dem Konto als nur 20€  ;) ;D

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Friday, April 4th 2008, 12:05pm

Dass eine hat mit dem anderen auch nix zu tun. :)

Du sagst ja selbst dass du die Pfanne stehen lässt. Wasser in der Wakü hingegen ist in Bewegung und bleibt nicht auf der Hitzequelle stehen.

Styx

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Friday, April 4th 2008, 12:23pm

Quoted from "typfred"

Ahja, das ist mal ne leicht verständiche Erklärung. Allerdings habe ich da so meine Zweifel.
Wenn ich einen Topf mit Wasser auf den Herd setze und da 10 Minuten stehen lasse nimmt das Wasser mehr Wärme auf als wenn ich den Topf in einer Minute drüber schiebe.

der vergleich hinkt einfach dahingehend, dass du das erwärmte wasser nicht austauscht.

sieh es mal so:
nimm einfach mal an dein system erzeugt pro stunde 180W wärme. ob du nun in jeder minute 3W abführst oder alle 30sek 1,5W oder alle 2min 6W ist egal, da in der summe eh immer die 180W rauskommen.
ist das wasser schnell hat es weniger zeit zum erwärmt werden und abkühlen. ist es langsam dauert einfach das aufheizen und abkühlen länger. das ändert jedoch nichts an der gesamtsituation.
von all den dingen die mir sind verloren gegangen,
habe ich am meisten an meinem Verstand gehangen

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Friday, April 4th 2008, 2:36pm

Dieser Argumentation kann ich nicht so ganz nachvollziehen.

Wenn es um Wassermengen geht, dann ok, aber bei der Temperatur?

Wann nimmt Wasser mehr Energie auf, wenn es kühl ist, oder wenn es eh schon warm ist?

Also ich gehe bei der selben Durchflussgeschwindigkeit rein, aber mit unterschiedlichen Temps...

Wann also habe ich meinen Punkt erreicht das die Wärmeenergie nicht ausreichend aufgenommen werden kann, oder wann ist es am Effektivsten?

OK, nicht unbedingt jetzt sehr wichtig, aber vielleicht auch nicht zu verachten......
Ich finde aber das sich "ich bin in 5 Sekunden mit meinem Ferrari auf 100" immernoch besser anhört als "gestern hab ich mit meiner SSD nen 100GB Pornoordner in 5 Sekunden gezipt"
Wenn du den Baum, den du gleich treffen wirst, sehen kannst, nennt man das untersteuern. Wenn du ihn nur hören und fühlen kannst wars übersteuern!

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Saturday, April 5th 2008, 1:52am

Also vor langer Zeit war hier, oder ist hier, bin mir nicht sicher jemand der meiner Meinung nach zuviel Zeit hatte, alles mal ausprobiert hat. UND es niedergeschrieben hat hier im Forum, aber die wesentlichen Aussagen waren:


-> Durchfluss Geschwindigkeit hat nahezu garkeinen Einfluss auf die Kühlleistung, es war nicht Messbar, einzige ausnahmen wenn man unter 5-7l/m gekommen ist.

-> Die Wassermenge, hat auch nur einen geringen Einfluss auf die Temperaturen, es dauert nur "länger" bis das Wasser die "Temperatur" ist. Also bei Wärmeabgabe X, Raumtemperatur Y hatt das Wasser nach der 10 Minuten seine konstannte Temperatur erreicht, wenn man dann die Menge von Wasser auf 4L oder vergrößert dauert es nur um den Faktor wieviel Wasser mehr drin ist, aber dann ist es auch auf einer konstanten Temp.

-> passiver Radi VS aktiver Radi

kurz, ein passiver Radi braucht das 10fache an Fläche, gegen einen Radi mit nur einem Lüfter der ganz langsam läuft.
Um auf die selben Temperaturen zu kommen.

Ich meine das war das wesentliche.

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Saturday, April 5th 2008, 1:53am

war glaub ich oldman aka Henrik Reimers oder so ähnlich :P
:rolleyes:

@re@50

Foren-Inventar

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Saturday, April 5th 2008, 11:53am

in der aktuellen PCGH Extreme ist ein test drin.

Durchfluss mit ner Laing und mit einer 1046 bei diversen CPU kühlern (leider keiner von AC)

mit der Laing ist der durchfluss im durchscnitt doppelt so hoch wie mit der 1046, der unterschied von delta t (wassertemperatur zu cpu temperatur) änderte sich aber nur um 0,1-2°C.



also bringt hoher durchfluss nix.
Intel I7 4790K@4,9GHz | Gigabyte G1.Sniper Z97 | 16GB Teamgroup Vulcano Red 1866MHz | Asus STRIX 1070TI STRIX Advanced 2012MHz/4400MHz | Crucial M500 480GB | Coolermaster Silentgold 800W

Shark-

Junior Member

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Saturday, April 5th 2008, 3:18pm

Die Wassermenge ist egal!
Ich hab mir mal den Spaß gegönnt und von Arbeit
nen Dichten 10L Kanister mitgebracht, deckel bearbeitet
und mit angeschlossen, leider über Schnelltrennkuplungen
die doch etwas den Durchfluss mindern ::)
Im 2D betrieb dauert es sehr lange bis das Wasser auf Temperatur ist... im 3D gehts etwas schneller und selbst
den Kreislauf mit ner 2Pumpe anfeuern ergibt keinen
Temperaturunterschied!

p.s. ja, ich bin nicht ganz dicht ;D

schmz

Full Member

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Sunday, April 6th 2008, 3:48pm

Hi,

eigentlich ist die Sache doch sehr einfach, wenn man sich mal an die grundlegende Physik errinert. Vereinfacht (unter idealen Bedingungen, siehe unten) gesagt also:

Eine CPU, die eine Abwaerme von 100W erzeugt, muss pro Sekunde also 100J (Joule) Waermeenergie abgeben.

Wasser hat nun eine Waermekapazitaet von rund 4.2 J/gK (Joule pro Gramm und Kelvin). Die Diche des Wassers vereinfachen wir einfach mal auf 1kg/l, also 1g/ml.

Habe ich nun einen Durchfluss von 20l/min, dann sind das 333ml/s. Setze ich das alles mal gleich, dann ergibt sich ein DeltaT im CPU-Kuehler von rund 0.07K (schaut auf die Dimensionen, dann ergeben sich die Formeln von selbst). Der Durchfluss geht hier linear ein, verdoppelt sich der Durchfluss also, halbiert sich das DeltaT des Wassers im Kuehler, halbiere ich den Durchfluss, verdoppelt sich das DeltaT des Wassers.

Geh ich aber mit dem Durchfluss runter auf 5l/min, ergibt das nach der obigen Formel ein immer noch zu vernachlaessigendes DeltaT von knapp 0.3K. Das Problem dann ist aber, dass dann die Stroemung womoeglich den turbulenten Bereich verlaesst, der Waermeuebergang vom Kuehler in das Wasser also schlechter wird und womoeglich im Kuehler selbst ein Waermestau entstehen kann. Zum Hintergrund ueber turbulente/laminare Stroemung einfach mal nach dem Zusammenhang dieser beiden und der Reynoldszahl (bzw. der kritischen Reynoldszahl) suchen (z.B. bei Wikipedia).

Uebrigens hat die Waermeleitfaehigkeit von Wasser praktisch keinen Einfluss auf die Kuehlleistung. Diese betraegt naemlich bei reinem Wasser rund 2kJ/(mhK), ist also immer grottenschlecht, wenn man sie mit Metallen oder WLP vergleicht (Silber liegt bei rund 1500kJ/(mhK)). In einer Wakueh uebertraegt das Wasser die Waerme eher durch Konvektion, also durch seine Bewegung innerhalb der WaKueh - und diese ist, wie oben gesagt, bei 333ml/s um ein vielfaches hoeher, als die Waermeleitfaehigkeit. Die Turbulente Stroemung tut dann den Rest, denn die sorgt fuer eine nahezu ideale Durchmischung innerhalb der Stroemung.

Einziger Knackpunkt bleibt also der Waermeuebergang vom Kuehler in das Wasser nach der Formel: alpha*A*DeltaT. A und DeltaT kann man nahezu als Konstant ansehen (A ist die Flaeche und DeltaT die Temperaturdifferenz zwischen Kuehler und Wasser und, wie jeder weiss, schwankt die Wassertemperatur nicht wirklich viel). Das alpha ist also der entscheidende Faktor. Dieser haengt von der Stroemungsgeschwindigkeit ab, wobei dieser sich bei turbulenter Stroemung auch nicht wirklich viel aendert, wird aber bei laminarer Stroemung ploetzlich erschreckend schlecht (siehe Hintergrund zur Reynolds-Zahl).

Zusammenfassend kann man also sagen, dass der Durchfluss praktisch egal ist, solange der eine bestimmte Untergrenze nicht unterschreitet.

cu
Ulrich

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Sunday, April 6th 2008, 4:19pm

Quoted from "schmz"

eigentlich ist die Sache doch sehr einfach, wenn man sich mal an die grundlegende Physik errinert. Vereinfacht [...] gesagt also


[...]



ich fand das mit den Eimern und dem Förderband einfacher ;) :D ;D
Gute work-live-balance ist, wenn man von seinem Privatleben erschöpfter ist als von der Arbeit.

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Sunday, April 6th 2008, 8:34pm

Quoted from "hobbes"



ich fand das mit den Eimern und dem Förderband einfacher ;) :D ;D



LOL ;D
Ich finde aber das sich "ich bin in 5 Sekunden mit meinem Ferrari auf 100" immernoch besser anhört als "gestern hab ich mit meiner SSD nen 100GB Pornoordner in 5 Sekunden gezipt"
Wenn du den Baum, den du gleich treffen wirst, sehen kannst, nennt man das untersteuern. Wenn du ihn nur hören und fühlen kannst wars übersteuern!

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Sunday, April 6th 2008, 9:01pm

Quoted from "hobbes"



ich fand das mit den Eimern und dem Förderband einfacher ;) :D ;D


[quote author=RedFlag1970 link=board=1;num=1207261148;start=0#12 date=04/06/08 um 18:34:40]


LOL  ;D[/quote]

Primitives Folk ::) ;D

Re: Wärmeaufnahmefähigkeit und Durchfluss

Monday, April 7th 2008, 11:58am

Quoted from "BlackBird"




Primitives Folk ::) ;D



;D ;D ;D

primitiv und glücklich 8)
Ich finde aber das sich "ich bin in 5 Sekunden mit meinem Ferrari auf 100" immernoch besser anhört als "gestern hab ich mit meiner SSD nen 100GB Pornoordner in 5 Sekunden gezipt"
Wenn du den Baum, den du gleich treffen wirst, sehen kannst, nennt man das untersteuern. Wenn du ihn nur hören und fühlen kannst wars übersteuern!