(evtl. zum anpinnen?) Detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/4

(evtl. zum anpinnen?) Detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/4

Update 12.02.17

Aufgrund der gehobenen Ansprüche habe ich das Modell nun erweitert um:

- Anpassung Wärmetauscher
- Konvektion und Wärmestrahlung aller Komponenten (außer Anschlüsse)
- Berücksichtigung von Winkelanschlüssen an den Kühlern und des Radiators
- Berücksichtigung von Schlauchkrümmungen
- Wärmewiderstand der Wärmeleitpaste
- Wärmewiderstand des DIEs inkl. Heatspreader

und werde die Erstsimulation auf vier Teile auf teilen:

Teil2 - CFD Analyse über die Konvektion und Wärmestrahlung des Pumpengehäuses
Teil3 - CFD Analyse der Kühlkörper
Teil4 - Simulation des Pumpenkreislauf

Aktuelles Schaubild:

http://extreme.pcgameshardware.de/a...ion-einer-wasserkuehlung-teil-1-2-a-simk2.jpg


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Da sich die Fragen häufen - bezüglich auf die Auswirkung des Schlauchdurchmesser auf die Kühlleistung usw. Habe ich mal mit einer detailgetreuen Simulation einer üblichen Wasserkühlung begonnen, Teil 1/2. Teil 2 folgt kommendes Wochenende.

Es Handelt sich um eine 1 1/2 Simulation + CFD. Der CFD Teil (Teil 2) ist noch nicht fertig, da erfolgt ein eine 3D Simulation eines üblichen Costum Wasserblock bezüglich CPU und GPU. Um die "Heat Transfer Data" (Popupfenster mit dem Quader und der beinhalteten Fläche) für die Wasserkühler zu ermitteln.

"GenericHX" Wäre z.B. der CPU-Kühlblock und der von der GPU ist noch nicht erstellt (Lücke)

Die vier "MircoChannelHX" stellen einen 480x120x30 Netzradiator mit einer Finndichte von 14 FPI (z.B. Alphacool Nexxxos ST30), da.

Folgende weitere Komponenten:

- Ausgleichbehälter Zylinder 300x50,6 mm; 0,6 Liter
- 2,6 m PVC Schlauch
- Lüfter 1450 rpm; 25 db; 100 m³/h
- Pumpe Lowara DDC-1plus

http://www.cms.hierner.de/media/pdf/HIERNER-GMBH_Gleichstrompumpen_DDC.pdf


Berücksichtig wird:

- Konvektion und Wärmestrahlung aller Komponenten (außer Anschlüsse)
- Winkelanschlüssen an den Kühlern und des Radiators
- Schlauchkrümmungen
- Wärmewiderstand der Wärmeleitpaste
- Wärmewiderstand des DIEs inkl. Heatspreader
- Fluid Massenträgheit
- Luftfeuchtigkeit
-Schlauchelastizität
- Druckverlust

Parameter :

Lufttemperatur (22°C)
Schlauchdurchmesser (8mm)
Lüfterdrehzahl
Pumpendrehzahl (3000 rpm)

Druch eine abschließende Variation der Parameter kann man die Auswirkung auf den dT zwischen Wasser und Chip, sowie Wasser und Luft, nachvollziehen. Ich werde also nachträglich immer neue Plots (Funktionskurven der Parameter) hochladen.
Evtl. auch später mal Kreislaufvariationen mit mehreren Radiatoren, Kühler usw. erstellen.

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Simulanten - die Geißel der Wissenschaft!
Haste natürlich fein gemacht! Es kam ein buntes Bild heraus -> misson accomplished!

Aber mal im Ernst und ohne deine Bemühungen schlecht machen zu wollen: Du wirst sehr bald merken, warum das so nicht klappen wird wie du dir das vorstellst. Auf diesem Niveau kannst du allenfalls paar grundlegende Zusammenhänge grob abbilden, für die man jedoch keine Simulation braucht. Eine reale Wakü in der Güte abzubilden, dass du konkrete Voraussagen mit einer Genauigkeit treffen könntest, die sich in der Realität widerspiegeln, wird dir auf diese Art und Weise nicht mal mit extrem viel Aufwand gelingen. Du hättest immer noch eine Menge offener bzw. unberücksichtigter Parameter und ohne konkrete Detailmodellierungen der Kühler inkl. aller Wärmeübergänge (dazu sind Versuche zum Abgleich essentiell) sind z. B. realitätsnahe Aussagen über das ΔT zwischen Chip und Wasser tatsächlich nicht möglich. Aber selbst mit einem detailgetreuen Kühlermodell nebst FlowSim des Kühler-Innenlebens mit detailliert modellierten constraints, wird es dir kaum gelingen solche Aussagen in einer Genauigkeit abzuliefern die die von Messungen, mit im Wakü-Bereich üblichem Equipment, übersteigt. Die Ungenauigkeit so eines Modells wird voraussichtlich immer höher bleiben - und das nicht weil die Welt so böse ist und dir die hinterhältigen Ingenieure, die großspurigen Physiker und kleinkarierten Thermodynamiker als kleinem Simulant immer eins auswischen wollen, sondern weil selbst so etwas simpel erscheinendes wie eine Wakü in Wirklichkeit komplizierter ist als du dir das vllt. denkst. Zwar kannst du das mächtigste Schwert des Simulanten mit dem wohlklingenden Namen "Neglector" zücken, aber zu wirst sehen wie stumpf es ist sobald du dein Werk mit der Realität vergleichen musst (es wird btw immer stumpfer je öfters du es schwingst).

Aber um mal am konkreten Beispiel zu bleiben: Du hast löblicher Weise Abstrahlung berücksichtigt - aber ich bin sicher, dass du keine realen Randbedingungen dazu definieren konntest (wie auch ohne Umgebungsmodell?). Im Übrigen fehlt der Abstrahlungsterm fast überall wo er wichtiger wäre als an den Schlauchwegen. Lediglich am AB hast du ihn berücksichtigt. Und wenn wenn du dort auch freie Konvektion ansetzt, solltest du sie auch überall sonst ansetzen, wo ein gewisses ΔT nebst Oberfläche zur Umgebung vorhanden ist. Zwar kannst du sagen - das vernachlässige ich mal eben (was bei Simulationen ja grundsätzlich sein muss, denn man kann nun mal nicht alles im Detail abbilden), aber ich fürchte dir werden die nötigen Abschätzinstrumente (sprich Versuchsreihen) fehlen, die dich in die Lage versetzen zwischen vernachlässigbaren und nicht vernachlässigbaren Einflüssen zu unterscheiden. In der Realität kommt btw unter Umständen auch noch erzwungene Konvenktion hinzu. Des Weiteren müssen auch vernachlässigte Einflüsse für die Gesamtgenauigkeit mit abgeschätzt werden müssen - fließt letztlich alles in den Fehlerbalken ein.
Bei der Pumpe setzt du dich vermutlich auf die Kennlinie für die jeweilige Drehzahl, um die Leistung aus dem Kennfeld zu ermitteln aber zum Einen musst du auch hier eine Genauigkeitsabschätzung treffen und zum Anderen vernachlässigst du auch hier die Abstrahl- und Konvektionsterme (gut - du kannst sie vernachlässigen und alles dem Wasser zuschlagen, aber auch das vergrößert wieder ein wenig den Fehlerbalken). Im Übrigen wäre es da auch hilfreich die Kreislaufkennlinie zu simulieren, damit du den Arbeitspunkt der Pumpe kennst, denn wie du siehst verläuft der Lastverlauf nicht linear (aber gut, peanuts - geschenkt!).
Die Reihenschaltung der Radi-Dummies stellt im übrigen keinen 480er Radi dar, sondern lediglich vier generische Wärmetauscher. Wenn du hier mit deinem Simulationsansatz aussagekräftig werden willst, ist besonders viel Hirnschmalz und voraussichtlich auch ne Menge Versuche in der Realität nötig, um hier auch nur ansatzweise realistisch zu sein. Man könnte als Kompromiss ein Strömungsmodell aufstellen bei dem man eine gewisse Netzdichte mit variabler Lamellendichte und variabler Tiefe kombiniert, aber allein diese Einzelsimulation würde vermutlich so viel Aufwand machen, dass man den Sinn doch arg in Frage stellen darf. Punktuelle Abgleiche mit fremden Tests unbekannter Güte sind jedenfalls kein Ansatz den es sich da zu verfolgen lohnt, wenn das Ziel eine wirklich nutzbare Simulation sein soll .

Ich sage nicht dass das Ganze vllt. für dein persönliches Verständnis kein sinnvoller Weg sein mag, dass dir einige Dinge klarer werden - Simulanten denken ja mitunter etwas verquer - aber du täuschst dich, wenn du meinst, dass du auf diese Art und Weise verlässliche Vorhersagen über reale Wakü-Kreisläufe machen kannst - selbst wenn du da noch einiges an Zeit und Grips investierst. In dem Zustand wie aktuell ist dein Modell jedenfalls nichts weiter als ein Spielzeug für Freunde bunter Bildchen. Ich habe mich lang genug mit Simulanten herumgeschlagen, um die Schwächen ihrer vereinfachenden Denkweise zu kennen. Ganz besonders das Thema Fehlerfortpflanzung ist etwas was Simulanten nicht zu kapieren scheinen, aber auch die vielen Trugschlüsse die sich bei der Abschätzung, ob ein mathematisches Modell für den zu simulierenden Fall überhaupt mit der notwendigen Güte anwendbar ist, stellt in der Praxis ein massives Problem bei Simulationen dar - sofern sie nicht an jedem unklaren Punkt mit Versuchen und ausreichender Statistik unterlegt werden. Da gehört natürlich auch viel Erfahrung dazu. Leute die das schon Jahrzehnte machen sind da in der Regel auch etwas abgeklärter und kennen vor allem genug Fallen die sie zu umgehen wissen. Hochkarätige Simulationen sind jedenfalls voll von hinterlegten Datenfeldern aus Versuchen und den daraus abgeleiteten Variationsparametern für die Grundmodelle der eingesetzten Simulationssoftware. Nur Simulanten die ihr zu simulierendes Thema wirklich im Detail kennen - so dass sie es auch im Versuch unter Berücksichtigung aller relevanten Einflussgrößen zerpflücken könnten, haben eine Chance mit sehr viel Arbeit am Ende ein Modell zu generieren, was wirklich über einen (i .d. R. kleinen) Ausschnitt realer Bedingungen Variationen zulässt, die mit realen Ergebnissen im Rahmen konventioneller Messgenauigkeiten übereinstimmen.

Wirklich interessant sind Simulationen als hilfreiches Werkzeug daher eigentlich nur, wenn das zu untersuchende Objekt entweder gar nicht für Versuche fassbar ist (Kosmologie etc.), oder wenn sich das Objekt der Begierde üblicher Versuchstechnik entzieht, bzw. der Aufwand exorbitant wäre (atomistische Betrachtungen, Quantenmechanik etc). Wo Simulationen aus meiner Sicht ebenfalls Berechtigung haben sind einfache Modelle wie FEM-Simulationen, deren Randbedingungen sowohl den Simulanten als auch den Anwendern völlig klar sind. Hier weiß jeder wie weit man gehen kann und die Grundmodelle sind sehr sauber verifziert und tausendfach gecheckt. Bei reinen Strömungssimulationen ist es zwar ähnlich, aber da gehört noch etwas mehr KnowHow dazu und man muss beim Modellieren noch detaillierter vorgehen - je nach Eigenschaften des Fluids und angepeilter Genauigkeit. Wenn du Simulationen jedoch zur Variantenrechnung realer mehr oder weniger komplexer Systeme einsetzen willst, wird der Aufwand stets sehr groß und in aller Regel kommst du um sehr detaillierte Versuche zur Anpassung deiner Grundmodelle nicht herum. Alternativ kannst du natürlich auch freie Parameter (Anpassungsvariablen) bis zum Erbrechen einführen, wie es die Physiker zu tun pflegen wenn sie nicht mehr weiter wissen, aber damit kann man sich natürlich alles so hinbiegen, dass es gut ausschaut - hilfreich ist es in keiner Weise.

Zwar will ich dich in deinem Elan, dieses auf Foren-Niveau oft versuchte aber nie zu einem brauchbaren Ende gebrachte Ziel der Erstellung einer Wakü-Simulation, nicht unnötig bremsen, aber du solltest dir einfach bewusst darüber sein, dass Simulationsumgebungen nicht das sind, für das sie insbesondere von Simulanten gern gehalten werden. Ich bin mir angesichts deiner bisherigen Aussagen in anderen Threads jedenfalls nicht sicher, ob du dir dessen bewusst bist.
Simulationsumgebungen sind Werkzeuge die man, wie jeder gute Handwerker, sehr wohlbedacht auswählen muss und sehr viel Übung, teilweise auch Wissen, für den Umgang damit braucht, und auch ein gewisses Maß an Talent benötigt, um mit Ihnen so umzugehen, dass am Ende ein wirklich gutes Ergebnis dabei heraus kommt. In den seltensten Fällen kann das aber zumindest bei komplizierteren Objekten ein Handwerker allein schaffen, sondern er braucht Hilfe - im Fall der Simulanten sind das experimentell sauber geführte, statistisch abgesicherte Nachweise. Darüber und über die essentielle Bedeutung von Fehlerbalken, sowie die Fehlerfortpflanzung in jeder Phase eines komplexen Ansatzes sollte man sich sehr bewusst sein, wenn man versucht so etwas anzugehen.

Sorry wenn ich das so sage - aber ich kenne bessere Wege seine Zeit tot zu schlagen. Und - nichts für ungut - aber das ist zumindest in dem Stadium wirklich nichts zum Anpinnen!
Aber vielleicht überraschst du uns ja alle mit dem zweiten Teil deines Ansinnens! Ich wünsche dir jedenfalls viel Glück dabei .

PS: Schau dir btw mal die Skalen deines 3D-Plots an und vergleiche sie mit realistischen Szenarien. Würde ich bisschen kleiner skalieren .

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Simulationen sind immer eine schöne Sache, für sich genommen aber dann meist doch mit wenig Mehrwert. Ich bin mir nicht ganz sicher, was am Ende wirklich an validen Erkenntnissen herauskommen könnte, als ein eher simpler “je mehr desto weniger“ Zusammenhang zwischen Kühlfläche und Differenztemperatur.

Auf der einen Seite fehlen dann doch sehr viele Details um den nicht trivialen Ablauf in einer WaKü wiederzugeben, auf der anderen Seite enthält dein Model aber Parameter, deren faktische Auswirkung absolut irrelevant ist.

Das wichtigste aber, und da bin ich evtl etwas biased, sollten immer Vergleiche mit realen Systemen sein, sprich du brauchst Messungen in denen du die simulierten Parameter variiert und die Auswirkungen beobachten kannst.

handwerklich habe ich mit deiner Studie auch das Problem, dass es so aussieht, als hättest du lediglich in einem Programm herumgespielt. Für einen wirklichen Mehrwert wäre es aber schon nötig, das grundlegende Modell zu erläutern .

Von einer Veröffentlichung kann ich den Editoren ohne grundlegende Änderungen am Manuskript nur abraten. (Den Satz wollte ich schon immer mal selbst verwenden)

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Erst mal danke, das du dir die Mühe machst/gemacht hast, bin aber der Meinung, das es den meisten hier(mich eingeschlossen) doch zu hoch ist.
Die, die solche fragen stellen, kennen sich 0 mit dem Thema aus und denen nützt dann auch so eine Simulation nix, da sie mit den Werten sowieso nix anfangen können.

Daher bin ich eher der Meinung diesen Usern zu sagen, das es kaum/nur geringfügige Auswirkungen in einem normal großen Kreislauf hat und damit sind die dann zufrieden.
Da muss man nicht mit Formeln, Berechnungen und Simulationen um sich werfen.

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

VJoe2max schrieb:

PS: Schau dir btw mal die Skalen deines 3D-Plots an und vergleiche sie mit realistischen Szenarien. Würde ich bisschen kleiner skalieren .

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Danke für den Hinweis, aber A ist das ein voreingestellter Plot und B sind die richtigen Werte noch nicht ermittelt. Aus Erfahrung weiß ich, dass der Unterschied zwischen einem oder vier hintereinander geschalteten Wärmetauschern zu vernachlässigen ist. Der Unterschied beträgt < 0,1K. Dein wissenschaftlicher Ansatz in allen Ehren, aber manchmal hilft der Erfahrungsschatz aus der Praxis weiter. Wenn es um 0,1K gehen würden, dann müsste man auch die instätionäre Raumtemperatur berücksichtigen. Dann könnte man jeden Messstand von der Redaktion von PC Games Hardware und vielen anderen anzweifeln.
Das 1 1/2 Modell abreitet übrigens mit Anfangswerten, die Kreislaufkennlinie wird automatisch ermittelt.

Da da Modell noch nicht fertig ist, habe noch nicht überall die Konvektion und Wärmestrahlung berücksichtigt.

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Duke711 schrieb:

Dein wissenschaftlicher Ansatz in allen Ehren, aber manchmal hilft der Erfahrungsschatz aus der Praxis weiter.

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Und das muss ich mir als handfester Praktiker und dem Experiment zugeneigter Anwender von einem Simulanten wie dir anhören - du bist mir ja ein lustiger Vogel

Edit: Wenn du schon mal mit einem Kühlerprüfstand gearbeitet hättest, wüsstest du auch, dass du Unterschiede von 0,1K experimentell gar nicht sauber auflösen kannst. Das liegt voll im Fehlerband (kann ich dir ohne deinen Aufbau zu kennen so bestätigen). Es ging bei dem Thema der Radiator-Reihenschaltung aber auch nicht um die Tatsache, dass die Kühlwirkung sich bei gleicher Eintrittsfläche nicht stark unterscheidet, sondern dass die Randbedingungen nicht einem realen Radiator entsprechen und somit bei Variierung der Strömung andere Ergebnisse zustande kommen können. Es kommt eben auch auf die Bauform und konstruktive Details von Radiatoren an, was sie bei gleicher Fläche zu leisten im Stande sind - und da sprechen wir durchaus über größere Unterschied, als übliche absolute Messungenauigkeit.

Duke711 schrieb:

Da da Modell noch nicht fertig ist, habe noch nicht überall die Konvektion und Wärmestrahlung berücksichtigt.

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Ich habe nicht gesagt, dass es unbedingt sinnvoll ist die Konvektions- und Strahlungsterme überall anzusetzen, aber wenn du sie schon ansetzt, dann doch am besten überall. Aber gut, du bist ja noch nicht "fertig".
Wenn du aber schon dabei bist, kannst du dir ruhig auch mal überlegen, was Parameter wie Schlauchelastizität und Luftfeuchte für einen Nutzen bezüglich deiner Zielsetzung bringen sollen . Die Toolbox mag ja Vieles hergeben aber nicht alles was da drin liegt muss man auch verwenden .

Edit#2: Wenn du die Druckverluste im Kreislauf berechnen willst, bist du dir sicher im Klaren darüber, dass du korrekter Weise alle Querschnitte (inkl. Anschlüssen etc.) maßstäblich abbilden müsstest. Man kann da zwar problemlos ein wenig abstrahieren aber allzu weit darf man auch nicht gehen - sonst geht´s mit der angestrebten Detailtreue schneller dahin als dir lieb ist. Ich sag´s nur weil ich grad selber dabei bin Rohrnetzberechnungen durchzuführen (allerdings im etwas größeren Maßstab) und wenn man sich überlegt, was da allein an Variablen durch ζ-Werte und Rohrrauigkeiten rein spielt, ist das nicht ganz ohne. Diese Dinge (insb. die Rauheitswerte) sind zwar im kleinen Maßstab und bei den kurzen Strecken einer Wakü nicht ganz so kriegsentscheidend, aber auch das sind alles wieder Punkte die man bei Vernachlässigung im Modell als globale Ungenauigkeit mit einzukalkulieren sind. Am Ende sind das also alles mehr oder wenige große Anteile des Fehlerbalkens zum Ergebnis der Gesamtsimulation.
Besonders wichtig, aber auch am kompliziertesten, ist dieser Aspekt natürlich bei den Kühlern, da die im Normalfall den größten Druckverlust beisteuern. Um detaillierte Modelle wirst du da nicht herum kommen, da das keine Standardgeometrien sind für die es Tabellenwerte gibt. Bin gespannt wie du das löst - mit der Übertragungsfläche und dem engsten Querschnitt ist es da jedenfalls bei Weitem nicht getan (natürlich auch nicht im Hinblick auf die Wärmeübertragung im Kühler). Ohne unken zu wollen - aber hier sind Versuche einfach notwendig. Selbst wenn man es mit aufwändigen Strömungssimulationen lösen wollte müsste man das Modell dann zumindest experimentell überprüfen, wenn´s was taugen soll. Im Prinzip müsste man das für jede zu untersuchende Kühlergeometrie machen, die mehr oder weniger vom ersten Modell abweicht -> Sisyphusarbeit!

An deiner Stelle würde ich mich erst mal auf deutlich weniger Stellschrauben beschränken. Allein der Themenkomplex Kreislauf-Simulation mit variabler Pumpendrehzahl ist schon ein riesen Batzen Arbeit, wenn am Ende was Verwertbares dabei raus kommen soll. Und wenn ich dich recht verstehe willst du ja eine detailgetreue Simulation erreichen und nicht einen Bauchladen voller belangloser Ergebnisse aufmachen die bloß grobe Zusammenhänge bestätigen, die man auch in alten Büchern jederzeit nachschlagen kann und die auf jedem Prüfstand schon x-mal bestätigt wurden.

Grundlegend würde ich die allgemeinen Punkte die ich in meinem ersten Posting dargelegt habe an deiner Stelle nicht als wissenschaftlichen Überbau abtun, wie du es ja scheinbar wahrgenommen hast. Das hat mit Wissenschaft nicht viel zu tun - denn das sind alles bekannte Schwierigkeiten bei Simulationen. Die Aussagen waren als ganz konkrete Denkanstöße für dich gedacht. Du hast dir da aus meiner Sicht was vorgenommen, bei dem du entweder irgendwann enttäuscht aufgeben musst, oder du machst dir extrem viel Arbeit für Dinge die sich im konkreten Einzelfall voraussichtlich erheblich leichter auf anderem Wege und mit deutlich größere Sicherheit feststellen lassen. Ansonsten könnte es natürlich auch noch sein, dass du nur um Aufmerksamkeit heischst, aber so schätze ich dich eigentlich gar nicht ein.

Mal sehen wie gut du in dem ganzen Thema tatsächlich bist - das ist aus meiner Sicht eigentlich nichts für eine one-man-show von einem der scheinbar selbst noch nicht lang in dem Thema unterwegs zu sein scheint. Ich bin wie gesagt sehr gespannt und kann mich da auch gern raus halten wenn du der Meinung bist, dass ich das zu wissenschaftlich betrachten würde. Aber ich gebe dir zu bedenken - ich komme nicht aus der Simulationsecke, und wenn das schon von meiner Warte als Ingenieur und Praktiker kein Pappenstil ist was du da vor hast (selbst wenn man viele Augen zudrückt), ist es erst recht kein Zuckerschlecken für dich als Simulant . Wenn du es aber im Alleingang schaffst eine wirklich wasserdichte komplette Wakü Simulation auf die Beine zu stellen, die sogar unter dem ein oder anderen nicht-trivialen Aspekt verifizierbare Variatonsrechnungen mit einem Fehlerbalken ausspuckt der nicht größer ist als übliche experimentelle Messfehler ist, bin ich offiziell beeindruckt und der Erste der dir dazu gratuliert!

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Vielleicht solltest Du dich mal dem Thema der Simulation auseinandersetzen und Erfahrung sammeln, anstatt nur auf unbegründete Vorurteile zu behagen?. Denn die vier simulierten Wärmetauscher werden von Programm strömungstechnisch als ein Bauteil gewertet. Ansonsten müsste man z.B. wieder ein Rohrparameter einbringen. Auch solltest Du wissen, das solche minimalen Abweichung der Strömung in einem Wärmetauscher keine 0,2 K ausmachen und man experimentell, laut deiner Aussage, dies nicht sauber auflösen kann.

Also wenn Du schon die "unfertige Simulation" mit einen wissenschaftlichen Maßstab kritisierst, dann solltest Du dies auch bei deinen einfachen Versuchsaufbauten machen. Denn 0,1K liegen in der Toleranz der 1 1/2 Simulation.
Und ich werde nicht überall Konvektions- und Strahlungsterme ansetzen. Aber Dir sollte sicherlich der physikalische Zusammenhang mit der Bauteiloberfläche bekannt sein. Bei einer Schlauchlänge von mehreren Metern und einen AGB mit einen Volumen > 1/2 Liter, kann man diesen Effekt nicht mehr vernachlässigen. Was man aber vernachlässigen kann ist die Konvektion und Wärmeabstrahlung der Pumpe und Kühlkörper wegen der sehr kleinen Bauteiloberflächen.

Nachtrag:

Das ist richtig, das ich bezüglich des Druckverlustes nur mit einem einfachen Modell eines geraden Schlauches agiere. Man könnte auch in diesen vereinfachten 1 1/2 Modell Krümmungen einbringen, aber wozu der Aufwand? Die Wasserkühlung leistet auch keine erkennbare Leistungssteigerung bei mehr oder weniger Krümmungen. Auch soll das ja ein allgemeines Modell bleiben. Um diesen Effekt zu abstrahieren, reicht es einfach den Schlauchdurchmesser zu verlängern. Zeta-Werte für Krümmungen sind bekannt.

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Habe mich früher zu meinem Leidwesen auch mit Simulationen auseinandersetzen müssen und es hat sich genau das bestätigt was ich hier zum Besten gegeben habe. Es ist wie gesagt nicht so, dass Simulationen per se sinnlos wären - das sind sie ganz gewiss nicht, aber sehr oft werden sie für Dinge verwendet für die sie nicht geeignet sind oder die Ansätze so vereinfacht, dass man das Ergebnis in der Pfeife rauchen kann. Gleichzeitig wird den Ergebnissen von Simulationen, vor allem von nicht Technikern, leider viel zu häufig auch ohne saubere Überprüfung sehr viel Beachtung geschenkt obwohl die Ergebnisse weder hinterfragt noch experimentell verifiziert wurden - was sich in der Praxis leider auch immer wieder rächt.

Wenn du den Wärmetauscher nicht geometrisch einigermaßen realitätsnah definierst (mal abgesehen vom Volumen) ist es keine detailgetreue Simulation und die willst du doch erreichen. Wenn du einundselben 480er Radiator nimmst und ihn durch vier in Tiefe, Breite, Lamellenabständen und sonstigen bauartbedingten Details baugleiche 120er in Reihe ersetzt, wird der Unterschied in der Auskühlung in der Tat sehr klein sein (wie hoch genau kommt auf das konkrete Modell an). Das ist schön und gut - aber mir geht es darum, ob du überhaupt einen realen Radiator simulierst oder einen Dummy. Mir scheint es geht hier um einen Dummy.
Dass sich bei gleichbleibenden Randbedingungen mit mehr Fläche die Temperaturdifferenz am Radiator reziprok zur Flächenvergrößerung verhält ist trivial. Die Frage die man aber von einer detaillierten Simulation beantwortet wissen will, ist doch letztlich die, wie sich z. B. der Austausch eines Radiators gegen einen Radiator anderer Bauart (auch bei gleiche Eintrittsfläche) auswirkt, oder wie sich die Erhöhung der Lüfterdrehzahl bei einem Radiator Modell X im Vergleich zu einem Radiator Modell Y in Bezug auf die Kühlleistung verhält. Wenn man solche Fragen damit nicht beantworten kann (meinetwegen mit einem gewissen Abstraktionsgrad) - was soll der ganze Aufwand dann? Wie eine Wakü funktioniert und was die wichtigen Einflussgrößen sind, ist bekannt - dazu braucht man keine Simulation.

Was den Unterschied zwischen Toleranzen von Simulationsmodellen und Fehlerbalken angeht hast du ja andernorts schon bewiesen, dass du das nicht ganz verstanden hast. Du kannst von mir aus auch analoge Modelle rechnen deren Toleranz von der darstellbaren Zahl an Kommastellen abhängt, aber mir geht es um die Ungenauigkeiten die durch die Modellvorstellung im Vergleich zur Realität, entweder durch Vernachlässigung von Parametern, oder durch unzureichende Beschreibungsgenauigkeit des Modells, zustande kommen.

Was den Ansatz der Konvektions- und Strahlungstermen angeht kannst du das ja von mir aus gern handhaben wie du es für richtig hältst, aber wenn du schon genug Praxiserfahrung hättest, wüsstest du, dass das z. B. bei vielen Pumpen nicht zu vernachlässigen ist und bei Kühlern kommt´s auch auf drauf an. Ein fullcover GPU-Block bringt locker die Fläche eines kleinen AB zusammen. Im Übrigen würde ich auch Wechselwirkungen mit Wärmequellen aus der Umgebung nicht immer als vernachlässigbar einstufen. Zumindest bei OC Experimenten könnte sich das messbar auf die Mitteltemperatur im Kühler auswirken. Auf den Gesamtumsatz gesehen würde ich da allerdings auch sagen, dass man es nicht übertreiben muss.

Bzgl. Druckverlusten in Krümmern: Wie ich bereits geschrieben habe, ist der Schlauch und auch die Anschlüsse sicher nicht das kriegsentscheidenende Thema, aber in den Kühlern ist es absolut relevant für den Druckverlust im Kreislauf und hier hast du keine ζ-Werte. Es gibt freilich Möglichkeiten auch an der Stelle Vereinfachungen vorzunehmen, aber damit sägst du wieder an der Genauigkeit und an der universellen Einsetzbarkeit für Variantenrechnungen.

Aber genug davon - mach erst mal weiter mit deinem Teil 2 dann werden wir ja sehen was dabei heraus kommt. Wenn du es in oben erläuterter Weise schaffst bin ich beeindruckt!

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

@ VJoe2max

Hätte nicht gedacht das man solch hohe Ansprüche haben könnte. Eigentlich war die Simulation dafür gedacht Effekte als Illustration aufzuzeigen und dies Anhand eines detailgetreuen Kreislaufes (natürlich mit Vereinfachungen) und nicht als virtuellen Zwilling eines realen Kreislaufes.
Außerdem relativierst ja anscheinend sehr gerne. Natürlich spielt die Konvektion und Wärmestrahlung eine Rolle bei Pumpen. Aber dieser Effekt ist ja offensichtlich von der Pumpengröße und Leistung abhängig. Bei einer Lowara DDC mit gerade mal 18 W, sowie einem sehr kleinen Kunststoffgehäuse. In dem auch noch der Motor unterhalb der Wassersäule am Boden unterbegracht ist und somit ein Teil der Wärmestrahlung des Motors auf die Wassersäule reflektiert wird. Spielt dieser Effekt in der Praxis keine Rolle. Die meiste Wärme wird direkt an das Wasser abgeben.

Aber da Du ja offentsichtlich auf einen Benchmark aus bist und ich mich jetzt doch darauf einlasse, werde ich Dir mit Fakten belegen, dass der Effekt bei der Lowara DDC zuvernachlässigen ist.
Die Simulation kannst Du gerne mit Gegenfakten aus einen Feldversuch widerlegen, aber dann kommst auch Du nicht mehr um Zahlen herum.

Bezüglich des Wärmetauschers:
Das ist kein einfacher Dummy, sondern ein Standardmodell aus der Industrie. Natürlich kann man diesen nicht 1:1 mit einem Alphacool Nexxxos vergleichen. Es wurde natürlich die Finndichte, sowie Querschnitte angepasst. Die Abweichung wäre unter 0,2 K gewesen. Aber ich habe das nun geändert, ich werde jetzt alle Parameter von Nexxxos übernehmen.

Änderungen:

- Anpassung Wärmetauscher
- Konvektion und Wärmestrahlung aller Komponenten (außer Anschlüsse)
- Berücksichtigung von Winkelanschlüssen an den Kühlern und des Radiators
- Berücksichtigung von Schlauchkrümmungen
- Wärmewiderstand der Wärmeleitpaste
- Wärmewiderstand des DIEs inkl. Heatspreader

Sowiel Aufwand betreiben zumindest nicht mal die Hersteller der Wasserkühler. Ich würde die einfach "fräsen" und die Temperatur messen. Aber was solls.....

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Duke711 schrieb:

Aber da Du ja offentsichtlich auf einenBenchmark aus bist und ich mich jetzt doch darauf einlasse, werde ich Dir mit Fakten belegen, dass der Effekt bei der Lowara DDC zuvernachlässigen ist.
Die Simulation kannst Du gerne mit Gegenfakten aus dem Feldversuch wiederlegen, aber dann kommst auch Du nicht mehr um Zahlen herum.

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Schaun wir mal - wäre ein Anreiz mal eine Isolierkammer zu zu basteln .
18W sind für Wakü-Verhältnisse nicht so wenig. Dass davon der Löwenanteil ins Wasser geht, habe ich nie bestritten, aber der Anteil der Abstrahlung in die Umgebung ist immerhin groß genug, um des öfteren eine DDC-1T+ zu verheizen, wenn man sie isoliert .

Duke711 schrieb:

Änderungen:

- Anpassung Wärmetauscher
- Konvektion und Wärmestrahlung aller Komponenten (außer Anschlüsse)
- Berücksichtigung von Winkelanschlüssen an den Kühlern und des Radiators
- Berücksichtigung von Schlauchkrümmungen
- Wärmewiderstand der Wärmeleitpaste
- Wärmewiderstand des DIEs inkl. Heatspreader

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Schaut prinzipiell schon viel besser aus. Aber zusammengebaut ist das recht fix - jetzt geht die Arbeit erst richtig los, denn das muss jetzt alles mit Leben gefüllt werden. Woher willst du die ganzen Randbedingungen nehmen - und sag mir jetzt bitte nicht, dass du sie aus deinem reichhaltigen Erfahrungsschatz abschätzt .

Duke711 schrieb:

Sowiel Aufwand betreiben zumindest nicht mal die Hersteller der Wasserkühler. Ich würde die einfach "fräsen" und die Temperatur messen. Aber was solls.....

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Na, dann rate doch mal wie das die Hersteller das in der Regel angehen . Keine Sau simuliert einen Kühler bevor er nicht einige Prototypen gefräst hat und letztlich schon auf dem Prüfstand die besten Kandidaten ermittelt hat. Viele verzichten ganz darauf.

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Duke711 schrieb:

Danke für den Hinweis, aber A ist das ein voreingestellter Plot und B sind die richtigen Werte noch nicht ermittelt. Aus Erfahrung weiß ich, dass der Unterschied zwischen einem oder vier hintereinander geschalteten Wärmetauschern zu vernachlässigen ist. Der Unterschied beträgt < 0,1K. Dein wissenschaftlicher Ansatz in allen Ehren, aber manchmal hilft der Erfahrungsschatz aus der Praxis weiter. Wenn es um 0,1K gehen würden, dann müsste man auch die instätionäre Raumtemperatur berücksichtigen. Dann könnte man jeden Messstand von der Redaktion von PC Games Hardware und vielen anderen anzweifeln.
Das 1 1/2 Modell abreitet übrigens mit Anfangswerten, die Kreislaufkennlinie wird automatisch ermittelt.

Da da Modell noch nicht fertig ist, habe noch nicht überall die Konvektion und Wärmestrahlung berücksichtigt.

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Hey: Meine Messverfahren berücksichtigen sehr wohl die zeitliche Entwicklung der Raumtemperatur (bei Radiatoren und Luftkühlern zumindest – bei Kühlkörpern stattdessen die Entwicklung der Wassertemperatur) und die Wärmekapazität respektive thermische Trägheit des Versuchssystemes.
Eine Genauigkeit von 0,1 K kann man so zwar auch nicht garantieren (zumindest nicht bei Kühlkörpern, da Wärmeleitpaste und Montage zusätzliche Variationen einbringen), aber eine Reproduzierbarkeit von besser als 0,5 K muss man anstreben. Sonst gehen die Unterschiede zwischen modernen Kühlern in der Messungenaugikeit unter.

VJoe2max schrieb:

Na, dann rate doch mal wie das die Hersteller das in der Regel angehen . Keine Sau simuliert einen Kühler bevor er nicht einige Prototypen gefräst hat und letztlich schon auf dem Prüfstand die besten Kandidaten ermittelt hat. Viele verzichten ganz darauf.

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Meinen Informationen nach läuft es eher umgekehrt:
Wenn überhaupt simuliert wird, dann ganz zu Anfang um neue Ansätze grob einschätzen zu können. Die Feinheiten arbeitet man dann in Prototypenserien heraus. Bei Strukturen im 1/10-mm- und Grenzschichtbetrachtungen im µm-Bereich stelle ich es mir auch schwer, alle für das komplexe Wirbelfeld relevanten Eigenschaften (beispielsweise auch unbeabsichtigte Feinstrukturen und Aufrauhungen durch die Fertigung) mit hinreichender Genauigkeit zu simulieren.

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

Zum Thema Oberflächengüte:

Abhängig vom Vorschub und dem Spanungsverfahren - nicht allgemein vom Werkstoff (Ausnahmen):

https://tu-dresden.de/ing/maschinen...t/forschung/download/2011/2011-06.pdf?lang=de

AW: (evlt. zum Anpinnen?) detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/2

@PCGH_Torsten: Meine Aussage diesbezüglich muss ich vllt. wirklich etwas relativieren (Duke711 wird sich bestätigt sehen - aber damit kann ich leben ). Es kommt natürlich etwas auf die Zielsetzung, und den Entwicklungsfortschritt des jeweiligen Herstellers an. Wenn man z. B. an den Kryos NEXT denkt wurde dort mit Sicherheit auch vorab schon simuliert (ein FEM-Modell war wegen der Verwölbungs-Charakteristik des Bodens für VARIO eh notwendig und dann kann man das Ding auch gleich komplett modellieren und auch andere Aspekte antesten). Es gibt aber nach meinem Kenntnisstand nicht allzu viele Kühlerhersteller die auf dem Niveau wie AC arbeiten. Zwar kann man mit Sicherheit noch andere Beispiele auftreiben (Strömungskonzept des AT/ALC XPX z. B.), aber komplette Kühlersimulationen im Vorfeld dürften nach wie vor die Ausnahme sein, wenn man alle Hersteller betrachtet und nicht nur paar wenige die hierzulande ansässig sind. Die große Masse der Wasser-Kühler dürfte nach wie vor althergebracht optimiert werden. Bringt ja im Endeffekt auch nur etwas, wenn es um´s Feilen an Details geht und da liegen vorher eben meist schon reale Prototypen vor. Außerdem ist der Aufwand dann natürlich umso höher, je näher man sich da an den aktuellen Limits bewegt, denn dann muss man auch extrem detaillierte Modell nutzen und die Randbedingungen sehr exakt setzen. Zum grobe Konzepte testen - naja vllt. mit den boardeigenen mitteln von CAD-Paketen, wenn man die Zeichnung eh schon hat...
Von daher gebe ich dir recht, dass meine Aussage vllt. etwas pauschal war .

Duke711 schrieb:

Zum Thema Oberflächengüte:...

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Falscher Thread?

AW: (evtl. zum anpinnen?) Detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/4

Zum Thema Oberflächengüte

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Die Fragestellung ob man ein besseres Kühlergebnis durch "gratis Mirkostruktur" bekommt wenn man mit ordentlich Vorschub die Struktur in den Kühler "rattert" fände ich echt mal interessant. (Und spätestens da wird die Simulation versagen)

AW: (evtl. zum anpinnen?) Detailgetreue Simulation einer Wasserkühlung Teil 1/4

Olstyle schrieb:

Die Fragestellung ob man ein besseres Kühlergebnis durch "gratis Mirkostruktur" bekommt wenn man mit ordentlich Vorschub die Struktur in den Kühler "rattert" fände ich echt mal interessant. (Und spätestens da wird die Simulation versagen)

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Nein wird sie ganz gewiss nicht.
Hier gehts bezüglich Oberflächengüte weiter:

[1]Mythos signifikante Verbesserung der Kühler durch Oberflächenaufrauhung