Turbulente Strömung braucht man so oder so in der Kühlstruktur - das hat nur wenig mit dem Sinn und Zweck der Düsen zu tun
. Die Düsen sorgen lediglich dafür, dass die Strömung gezielt in der Mitte der Struktur und in Bodennähe den höchsten Turbulenzgrad erreicht, weil es dort am effektivsten ist. Zudem wird der Strömungswiderstand durch die mittige Einspritzung etwas geringer, weil die hochturbulent durchströmten Strecken der Kühlstruktur effektiv verkürzt werden. Das steigert zusätzlich den Turbulenzgrad und verbessert damit den Wärmeübergang. Die großen Schlitzdüsen stellen bei modernen Kühler in der Regel eine keine nennenswert widerstandsrelvanten Querschnittsverengung mehr dar, wie es bei den ersten CPU-Düsenkühlern mit Einzeldüsen kleinen Querschnitts noch der Fall war. Die heute angewandte Methode hat definitiv einen positiven Effekt in Punkto Kühlleistung, auch wenn er je nach Aufbau unterschiedlich groß ausfällt. Außer der Richtungsabhängigkeit hat sie zudem auch so gut wie keine negativen Nebenwirkungen. Natürlich geht es da aber nicht um Performance-Sprünge die den Unterschied zwischen der Hitze-Nahtoderfahrung und ordentlicher Kühlleistung ausmachen, sondern wie bei den CPU-Kühlern, wo dieser Schritt bereits vor vielen Jahren nahezu flächendeckend und in allerlei Variationen eingeführt wurde, darum, dass man einen noch etwas besseren Wirkungsgrad erzielt.
Im Endeffekt läuft das nicht anders als bei den CPU-Kühlern. Auch da sind die Düsen nicht zum Spaß da, obwohl sie den Gesamtquerschnitt z.B. gegenüber dem Eintrittsquerschnitt auch da oft nicht verringern und obwohl natürlich auch in einer seitlich angeströmten Struktur ohne Düsen bereits turbulente Strömung herrscht, wenn die Struktur nur fein genug ist. Es geht dabei um eine gezieltere und auch gleichmäßigere Verteilung des einströmenden Wassers über die gesamte Breite der Kühlstruktur, um eine Verbesserung des Wärmeübergangs zu erreichen, indem man den Turbulenzgrad an den richtigen Stellen noch weiter steigert, und nicht um die Erzeugung der turbulenten Strömung an sich. Die ist im Bereich der Kühlstruktur ohnehin Bedingung für einen einigermaßen funktionierenden Wasserkühler. Dafür muss die Strömung aber nicht umgelenkt werden, sondern lediglich eine hohe Reynoldszahl erreichen. Es genügt in der Regel bereits die lokale Strömungsgeschwindigkeit durch geringe Querschnittsverengungen zu erhöhen, um das zu erreichen. Selbst bei sehr geringen Volumenströmen muss man keinen großen Aufwand betreiben um eine turbulente Strömung zu erzeugen. Turbulente Strömung heißt nicht notwendiger Weise makroskopisch verwirbelte Strömung! Auch in einem vollkommen geradlinigen durchströmten Kanal herrscht turbulente Strömung, sobald das Wasser nur schnell genug hindurch fließt. Turbulente Strömung hat nichts damit zu tun, dass das Wasser durch äußere Hindernisse oder durch Umlenkungen von seiner urspünglichen Strömungsrichtung abweicht und dadurch verwirbelt wird, sondern, dass der laminar-Turbulent-Übergang überschritten wird. Das bedeutet letztlich, dass sich das einzelne Wassermolekül der Kernströmung nicht mehr wie im laminaren Strömungsfall geradlinig und reibungsfrei mit dem gleichen Richtungsvektor wie alle anderen umgebenden Wassermoleküle bewegt, sondern dass es Freiheitsgrade abweichend zur Hauptströmungsrichtung hinzugewinnt, wodurch zwar die innere Reibung der Strömung zunimmt, aber eben auch die lamineren Grenzschichten aufgelöst werden. Das hat aber nichts mit äußeren Einflüssen auf die Strömung zu tun, sondern im Wesentlichen nur mit Strömungsgeschwindigkeit.
Jedenfalls sind es die laminaren Grenzschichten, die den Wärmeübergang massiv behindern. Die vollständige Auflösung der Grenzschichten kann man durch möglichst hohe lokale Strömungsgeschwindigkeit, aber auch durch makroskopische Umlenkung (vgl. Ursache für Krümmerverluste) und durch Kombination aus beidem erreichen. In Wasserkühlern sollte insbesondere dort wo der Abstand zum zu kühlenden Bauteil klein und somit der absolute Wärmewiderstand des Kühlers minimal ist, ein möglichst guter Wärmeübergangskoeffizient herrschen. Dafür kann man sich die Kombination aus makroskopischer Strömungsumlenkung und Strömungsbeschleunigung durch Querschnittsverengung zu nutze machen. Düsen und andere makroskopische Umlenkstrukturen sind daher auch nicht als alleinige Turbulenzgraderzeuger misszuverstehen. Turbulent muss die Strömung ohnehin sein - egal ob umgelenkt oder nicht. Wäre die Strömung streng laminar, würde der Wärmeübergang so schlecht wie bei ganz urtümlichen Kanalkühlern, in denen das Wasser ungefähr so langsam floss wie im Rest des Kreislaufs, was dazu führte, dass man bei geringen Volumenströmen sogar im Kühler Reynoldzhalen vorfinden konnte, die kaum der Rede wert waren, was wiederum zu einem Kühlleistungsniveau führte, das von ordentlichen Luftkühlern überboten werden konnte. Über diese urtümlichen Kühler sind wir auch bei GPU-Kühlern schon seit vielen Jahren hinweg (bei den CPU-Kühlern ohnehin). Heute geht es mit Techniken wie den mittigen Einströmdüsen über der Kühlstruktur nur noch um vergleichsweise kleinere aber durchaus noch messbare Verbesserungen der Kühlleistung. Im Gegensatz zu den CPU-Kühlern hat man bei den GPU-Kühlern aber bislang einfach noch nicht das volle technische Potential ausgeschöpft.
Nachteil der Methoden die auf gezielte Düseneinspritzung in die Kühlstruktur setzen, ist aber nun mal die richtungsgebundene Anströmung. Während man richtig herum angeströmt von den Verbesserungen profitiert, macht sich anders herum angeströmt eine oft deutlich messbare Verschlechterung der Kühlleistung bemerkbar, weil der Strömungswiderstand sich relativ deutlich erhöht und somit die Strömungsgewindigkeit in der Struktur sinkt, was wiederum Wärmeübergang behindert wird - speziell in der Mitte und am Boden der Struktur, wo er man meisten bringt und wo er bei richtiger Strömungsrichtung gefördert wird.
Kurzum - Düsenkühler sind bei GPU-Kühlern genauso wenig Marketing-Hokuspokus wie bei CPU-Kühlern. Dennoch kommt es, wie bei selbigen, natürlich auf die Umsetzung an, wie groß der Vorteil ausfällt, den man damit ausschöpfen kann. Nicht jeder Kühlerhersteller geht da mit der gleichen Akribie und dem gleichen Entwicklungsaufwand vor, wie diejenigen die wirklich kontinuierlich und mit Sinn und Verstand an Performance-Verbesserungen arbeiten. Auch bei Graka-Kühlern ist die Stellschraube der Strukturbreite, wie damals bei den CPU-Kühlern, langsam so weit ausgeschöpft, dass mit weiterer Verkleinerung kaum noch Fortschritte zu machen sind, zumal man i. d. R. mit relativ hohen Strukturen arbeitet, weil die Bodenplattendicke aufgrund der unterschiedlichen Bauteilhöhen bei Fullcover-Kühlern im Normalfall nicht so gering sein kann wie bei CPU-Kühlern. Das macht es auch fertigungstechnisch schwierig da mit dieser simplen Methode weiter zu kommen. Um also noch etwas mehr Kühlleistung aus den Strukturen über den GPUs heraus zu holen, ohne dabei gleich das ganze Wakü-Konzept über den Haufen werfen zu müssen, wird nun halt, wie damals bei den CPU-Kühlern, die nächste Stufe der Verbesserungsmöglichkeiten gezündet. Düsen zur gezielten Einströmung in die Mitte der Struktur haben sich bewährt und haben definitiv einen positiven Effekt auf die Kühlleistung, wenn man sich als Hersteller nicht vollkommen dämlich anstellt - allerdings eben zum Preis der Richtungsabhängigkeit.
