AW: Optimierung Airflow und Lautstärke - ein rechnerischer Ansatz
Ich klink mich da mal ein.
Es ist nicht ganz tirvial zu berechnen, es sei denn, man idealisiert die Luftströmung; quasi den Weg, den die Frischluft zurücklegt.
Viele Lüfter saugen die Luft ein und geben sie anschließend nicht zylindrisch ab, eher kegelförmig und auch durch die auftretenden Verwirbelungen trubulent. Das heißt, der Luftstrom kann nicht ideal laminar (gedacht als gerade Linien) dargestellt werden.
Jedoch lassen sich mit z. B. Pappe, Kartonstücken etc. Lüftertunnel erstellen, die es "einfacher" machen, sie zu berechnen. Je nach dem wie und was ich wie stark und möglichst ideal Kühlen will.
Ich fang jetzt einfach mal gedanklich damit an:
Ich habe Hardware in einem Normalen ATX Gehäuse verbaut und isoliere die Grafikkarte mittels Pappkarton vom Rest des Kühlsystems. Folglich will ich nur CPU, VRMs und das Mainboard kühlen.
Vorne sitzt gedanklich ein Lüfter, der mir z. B. 100 m³/h Luft ins Gehäuse bläst, am Ende einer, der die selbe Menge Luft wieder abtransportiert.
Also habe ich einen Volumenstrom Q von 100 m³/h mit 20°C (Eintrittstemperatur) auf der einen Seite und xx°C (Austrittstemperatur) auf der anderen. In der Mitte sitzt ein Heizelement mit yy°C, welches 100 W liefert.
Jetzt braucht man noch die Fläche des Kühlers, also Kühlrippenfläche mal Rippenanzahl. Diese wird wiederum durch eine turbulente Strömung längs angetrömt und erwärmt die Luft.
Wichtig hierbei ist die Geschwindigkeit mit der die Kühlrippen angeströmt werden, diese müsste ich entweder erstmal messen oder mir über den Luftstrom herleiten, was nicht ganz so trivial wird.
Ich stoppe mal an dieser Stelle.
Das ganze ist jetzt sehr idealisiert dargestellt und spiegelt die Realität nur bedingt wieder, da nicht die Kühlrippen gekühlt werden müssen, sondern die CPU.
Es fehlen folglich:
- Wärmeübergang von Rippen zu Heatpipe
- Wärmeübertragung der Heatpipe (ist allerding als ideal anzusehen, da sie ein exzellenter Wärmeleiter ist)
- Wärmeübergang in die Bodenplatte und -übetragung
- Wärmeübergang von Bodenplatte zu CPU und weiter zum Kern
- Wärmestrahlung und -leitung von Bauteilen, CPU-Kühler etc., welche das Gehäuse und mir somit rückwirkend wieder die angetrömte Luft erwärmen, wodurch Eintrittstemperatur nicht mehr gleich ist mit der Lufttemperatur am Kühler.
Das ganze könnte man jetzt noch weiterführen, da die Luft ja auch überall hinströmt und somit nicht 100 m³/h beim CPU Kühler ankommen.
Also.
Eine Formel aufstellen, die letztlich eine Temperatur im System möglichst genau widerspiegelt, halte ich für sehr schwer machbar, da die Kombination aus Verlusten und Störgrößen doch sehr groß ist, um sie zu ignorieren.
Man müsste hier eher einen empirischen Ansatz wählen, quasi, dass man sich aus Erfahrungswerten eine Formel bastelt.
Das ginge wiederum um einiges einfacher und könnte sich womöglich auch auf andere Systeme übertragen, die das Referenzdesign zum Großteil imitieren, allerdings ist das mit einigem Messaufwand verbunden.
Als gedanklichen Anstoß:
Messpunkte im System suchen, Hotspots identifizieren.
Lüfter vorne = Lüfter hinten. Als Beispiel: 100m³/h bei 100% Leistung, xx m³/h bei 90/80/70...% Leistung siehe Datenblatt.
Lüfter von 100-10% regeln und Temperatur(en) in Excel notieren.
Somit erhält man die Temperaturkurve der Messpunkte in Abhängigkeit vom Luftstrom, welche sich auch als Gleichung von Excel ausspucken ließe.
Da die abgegebene Wärmeenergie der Bauteile stets die Gleiche ist, könnte man jetzt die gleiche Messreihe nochmals durchführen, allerding mit z.B. 50% Leistung.
Anhand dessen ließe sich Temperatur/Leistungskurve ins Verhältnis zur Temperatur/Luftstrom setzen und eine Aussage über den zu wählenden Lüfter (welcher ja exemplarisch für die Frischluftzufur und deren Menge steht) treffen, der die Kühlleistung am Ende variabel beeinträchtigen kann.
Für wen das jetzt alles chinesisches Kauderwelsch war:
Grundlagen,
wichtige Grundlage,
Berechnungsgrundlage
Ich selbst hab Maschinenbau und Erneuerbare Energien studiert und mich die letzten Jahre recht viel mit Stömungs- und Thermodynamik sowie Wärmeübertragung befassen müssen, darauf fuße ich diesen Post jetzt einfach mal.
Bei Fragen immer nur her damit
Essenz des ganzen: Ja ist möglich, jedoch einfach wirds nicht
