Wasserkühlung: Mehr Kühlleistung mit höherem Schlauchdurchmesser? Leserbrief der Woche
Tag für Tag erhält PC Games Hardware Anfragen, Vorschläge und Kritik von Lesern. In der Rubrik "Leserbrief der Woche" stellen wir Ihnen wöchentlich einen ausgewählten Leserbrief und bei Bedarf die Antwort eines Fachredakteurs vor. Beachten Sie, dass der Leserbrief der Woche nicht zwangsläufig in der Woche an die Redaktion geschickt wurde, in der er Ihnen an dieser Stelle präsentiert wird.
PCGH-Leser Egon S. hat bei der Verwendung von Schläuchen mit unterschiedlichem Innendurchmesser starke Änderungen beim Durchfluss bemerkt. Sollten Nutzer einer Wasserkühlung daher Schläuche mit einem möglichst großen Innendurchmesser verwenden, um keine Leistung zu verschenken?
Der Leserbrief:
"Nach Lektüre der letzten PCGH und dem Artikel über Schläuche habe ich mich an eine Anfrage bei der PCGH erinnert. Diese betraf den Einfluss von Schlauch-/Tube-Durchmessern auf den Flow in Wakü-Systemen. Nun habe ich ganz andere Erfahrungen gemacht. Bei einem neu gebauten Mod habe ich durchgehend 16/12er-Tubes und -Schläuche verwendet und da Mayhems mir 2 Liter "Ice Dragon Nano Fluid" kostenlos zur Verfügung gestellt hat, um die Eigenschaften zu testen und darüber zu berichten, beide Kreisläufe (1 x Grafikkarte mit EK-FC1080 GTX FTW und 1 x EK-FB Asus R5E Monoblock, jeweils eine EK-XRES DDC 3.2 PWM Elite Pumpe) mit Aquacomputer "High-Flow" und "mps Flow 200" Durchfluss-Sensoren ausgestattet. Vom Kreislauf mit dem R5E-Monoblock hatte ich schon die Werte mit 8/10er Schläuchen und bin so von maximal 180 Litern pro Stunde ausgegangen. Denn mit Ekoolant und den 8/10ern bei gleicher Pumpe hatte ich 160 l/h Durchfluss, gemessen mit dem High-Flow. Umso überraschter war ich über die Werte mit 16/12er-Tubes und -Schläuchen, der High-Flow misst jetzt ~315 l/h und der mps knallt bei 199 l/h an das 200er-Maximum. Jetzt kann das kaum "nur" durch das Nano-Fluid verursacht werden, obwohl dieses nicht nur beim Wärmetransport alles um Welten in den Schatten stellt, was ich bis jetzt in Wakü-Systemen getestet hatte. Es ist dazu elektrisch null leitfähig. Es ist also doch ziemlich sicher, dass der Durchmesser der Leitungen einen enormen Einfluss auf den Durchfluss hat."
Die Antwort von Raffael Vötter (Fachbereich Grafikkarten):
"Natürlich hat der Durchmesser von Schläuchen einen Einfluss auf den Durchfluss in einem Kreislauf. Insbesondere dann, wenn nur wenige Kühler verbaut sind und bereits ein eher hoher Durchfluss erreicht wird. Ein um 75 Prozent höherer Wert, wie von Ihnen gemessen, erscheint zwar sehr hoch und könnte auch teilweise auf neue Anschlüsse und veränderte Strömungsverhältnisse im Durchflussmesser geschönt sein, bei einem Wechsel von 8 auf sehr weite 12 mm Innendurchmesser liegt er aber noch im Bereich des möglichen. (Anmerkung: Wegen der im Vergleich zum Durchmesser geringen Wandstärke rät PCGH von 16/12-mm-Schlauch ab. 16/10 mm ist meist deutlich knickresistenter.) Zu beachten ist aber, dass die Kühlleistung oberhalb von 40 l/h kaum noch mit dem Durchfluss skaliert. Ein reeller Nutzen abseits des höheren DFM-Anzeigewertes besteht somit nicht. Wer wirklich unter sehr niedrigem Durchfluss leidet (<30 l/h) profitiert zudem weniger von weiten Schläuchen, da mit der Fließgeschwindigkeit auch die Bedeutung des Reibungswiderstandes an den Schlauchwänden sinkt."
Leserbriefe können Sie an leserpost@pcgameshardware.de senden. Der Leserbrief der Woche gibt nicht die Meinung der Redaktion wieder. Die Redaktion behält sich außerdem vor, Leserbriefe zu kürzen.
Nein die 2% Abweichung kommen durch die Genauigkeit des SST Modell Zustande. Ob nun ein Messabgleich gemacht wird oder dutzende, spielt überhaupt keine Rolle. Es gibt Ausahmen bei zu großen Ablösegebieten mit SST Model. Aber dafür gibt es dann andere Modelle.
Und meine Behauptung ist auch nicht gewesen, dass man einen Feldversuch komplett durch eine Simulation ersetzen könnte.
Bezüglich des Axial Lüfter gibts es beim SST Modell eine sehr gute Übereinstimmung von Messdaten
Druck ; Abweichung nach 400 Iterationen : < 2%
LüfterKennfeld: < 2%
Hier mal ein Vergleich mit dem einfachen k-epsilion Modell, Abweichung unter 10%
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Ein etwas komplexeres Thema als ein Axial Lüfter, ein Radial Kompressor:
Abweichung unter 5% mit dem SST Modell:
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Mal davon abgesehen, dass der größte Unsicherheitsfaktor immer noch der thermale Widerstand vom CPU-Die zum Kühlkörper ist und da ist man sehr weit von 1/10 Kelvin entfernt, die sehr ungenaue Diode mal ausser acht gelassen. Also die Aussage erschließt sich mir überhaupt nicht.
Bei Lüftersimulationen ist es auch ein anderer Umstand. kompressibles Medium. Wobei bei einer Konvergenz-Abweichung von über 10% zu zweifeln lässt, entweder bezüglich dem Anwender oder der falschen Software.
Es gibt in der Industrie genügend Vergleiche bezüglich einer Messung und Simulation. Wenn wir mal bei kompressiblen Medium bleiben, z.B. der Luftwiderstandkoeffizient eines Fahrzeuges. Da beträgt die Abweichung beim industriellen und standardisierten SST Modell < 2%. Wem das nicht reicht kann auf das RMS Modell oder sogar auf LES (Large Eddy Simulation) - dann wird es sogar wissenschaftlich, wechseln.
Ich würde solche Unternehmen jetzt auch nicht unbedingt als Referenz sehen. Eine kompetente FEM Software ist nicht nur sehr teuer im Unterhalt (Lizenzen, Schulungen usw). Sondern erfordert auch viel an Erfahrungen - richtig defnierte Modelle, Randbedingungen usw. Da lohnt sich solch eine Anschaffung bei der Herstellung von klein Waren wie z.B. Kühlkörper oder Lüfter eher weniger. Die Maschinen zu Produktion sind sowie so vorhanden und ein Feldversuch sprengt nicht das Budget.
Desweiteren: Die Herausforderung bei Lüftern ist nicht etwa dass Luft kompressibel ist, bei durchschnittlichen PC-Lüftern ist der Fehler den man durch die Annahme eines inkompressiblen Mediums macht deutlich kleiner als einige andere Fehlerquellen die in so einer Simulation stecken. Und auch wenn die Kompressibilität nicht mehr vernachlässigt werden kann ist das nicht die Herausforderung.
Die steckt darin dass die die Strömung turbulent ist und dass RANS-Ansätze durch den rotierenden Lüfter in der Regel ungeeignet sind. Das benötigt mindestens mal eine URANS-Rechnung mit einem sliding mesh Interface oder schlimmeres (Stichwort LES, das leistet sich aber kein Hersteller der seine Lüfter für ~10€ verkaufen will)
Wenn du ernsthaft der Meinung bist dass 10% Abweichung bei der Simulation realer Strömungsvorgänge ohne Abgleich mit Versuchen auf einen Anwenderfehler oder die falsche Wahl der Software schließen lassen sagt das nur eines: du hast vom Thema nicht so viel Ahnung wie du es darzustellen versuchst. Die von dir genannten 2% Abweichung mit einem RANS-Turbulenzmodell kommen nur durch zahlreiche Abgleiche mit Versuchen zu Stande. OOTB kann das dieser Ansatz unmöglich leisten, auch nicht wenn man auf ein Reynolds Stress Modell (deren Abkürzung übrigens nicht RMS ist) wechselt.
Naja bezüglich der Simulation über Wasserkühler bezweifel ich mal, dass man wegen mangelnder Genauigkeit jener Software auf Prototypen umgestiegen ist, im Einphasengebiet ist die Konvergenz deutlich besser als 1/10 Kelvin. Über den Temperaturgradienten hat man übrigens auch die Kühlleistung.
Mal davon abgesehen, dass der größte Unsicherheitsfaktor immer noch der thermale Widerstand vom CPU-Die zum Kühlkörper ist und da ist man sehr weit von 1/10 Kelvin entfernt, die sehr ungenaue Diode mal ausser acht gelassen. Also die Aussage erschließt sich mir überhaupt nicht.
Bei Lüftersimulationen ist es auch ein anderer Umstand. kompressibles Medium. Wobei bei einer Konvergenz-Abweichung von über 10% zu zweifeln lässt, entweder bezüglich dem Anwender oder der falschen Software.
Es gibt in der Industrie genügend Vergleiche bezüglich einer Messung und Simulation. Wenn wir mal bei kompressiblen Medium bleiben, z.B. der Luftwiderstandkoeffizient eines Fahrzeuges. Da beträgt die Abweichung beim industriellen und standardisierten SST Modell < 2%. Wem das nicht reicht kann auf das RMS Modell oder sogar auf LES (Large Eddy Simulation) - dann wird es sogar wissenschaftlich, wechseln.
Ich würde solche Unternehmen jetzt auch nicht unbedingt als Referenz sehen. Eine kompetente FEM Software ist nicht nur sehr teuer im Unterhalt (Lizenzen, Schulungen usw). Sondern erfordert auch viel an Erfahrungen - richtig defnierte Modelle, Randbedingungen usw. Da lohnt sich solch eine Anschaffung bei der Herstellung von klein Waren wie z.B. Kühlkörper oder Lüfter eher weniger. Die Maschinen zu Produktion sind sowie so vorhanden und ein Feldversuch sprengt nicht das Budget.