Wasserkühlung: Mehr Kühlleistung mit höherem Schlauchdurchmesser? Leserbrief der Woche
- Ersteller PCGH-Redaktion
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AW: Wasserkühlung: Mehr Kühlleistung mit höherem Schlauchdurchmesser? Leserbrief der Woche
Die meisten dieser Fragen werden anhand von Tests und Erfahrung ohne Hochrechnungen beantwortet. Die Antwort auf quasi alle Pumpenleistungsfragen lautet in der Praxis halt "Ja, reicht!", die Radiatorleistung ist im betrachteten (engen) Maßstab hinreichend proportional zur Querschnittsfläche und der Wassertemperatur, dass Vorhersagen zu Wassertemperatur und Kühlleistung auf wenige K genau möglich sind und das Delta T zwischen angezeigter CPU-Temperatur und der Wassertemperatur wird bei einem gegebenen Kühler stärker von der Qualität der CPU-internen Sensoren beeinflusst als von den Bedingungen des jeweiligen Systems.
Für den Alltag reichen also Faustformeln. Möchte man darüber hinaus sekundäre Aspekte wie zum Beispiel den erzielten Durchfluss vorhersagen oder die Leistung von ungetesteten Kühlkörpern und Radiatorbaureihen vorhersagen, kommt man um exakte Kennlinien (die zunächst jemand ermitteln müsste) respektive komplexe Modellation nicht herum.
Ich sprach nicht von den Strömungslinien, sondern von der Kühlleistung. Natürlich gibt es Simulationssoftware für erstere, aber für die Produktion ist letztere entscheidend und die Optimierung bei CPU-Wasserkühlern spielt sich Jahren im 1/10-Kelvin-Bereich ab. Obwohl es sich rum rein deterministische Fragestellungen handelt, genügen die Simulationsergebnisse offensichtlich nicht den Anforderungen der Hersteller, so dass diese weiter mit Prototypen arbeiten. Die Wasserkühlungsbranche ist dabei übrigens kein Einzelfall. Auch Noiseblocker hat sich wegen Fehlergrößen von zum Teil über 10 Prozent von Lüftersimulationen verabschiedet und stattdessen in Rapid Prototyping investiert – das Ergebnis gilt qualitativ als marktführend.
Die meisten dieser Fragen werden anhand von Tests und Erfahrung ohne Hochrechnungen beantwortet. Die Antwort auf quasi alle Pumpenleistungsfragen lautet in der Praxis halt "Ja, reicht!", die Radiatorleistung ist im betrachteten (engen) Maßstab hinreichend proportional zur Querschnittsfläche und der Wassertemperatur, dass Vorhersagen zu Wassertemperatur und Kühlleistung auf wenige K genau möglich sind und das Delta T zwischen angezeigter CPU-Temperatur und der Wassertemperatur wird bei einem gegebenen Kühler stärker von der Qualität der CPU-internen Sensoren beeinflusst als von den Bedingungen des jeweiligen Systems.
Für den Alltag reichen also Faustformeln. Möchte man darüber hinaus sekundäre Aspekte wie zum Beispiel den erzielten Durchfluss vorhersagen oder die Leistung von ungetesteten Kühlkörpern und Radiatorbaureihen vorhersagen, kommt man um exakte Kennlinien (die zunächst jemand ermitteln müsste) respektive komplexe Modellation nicht herum.
Ich sprach nicht von den Strömungslinien, sondern von der Kühlleistung. Natürlich gibt es Simulationssoftware für erstere, aber für die Produktion ist letztere entscheidend und die Optimierung bei CPU-Wasserkühlern spielt sich Jahren im 1/10-Kelvin-Bereich ab. Obwohl es sich rum rein deterministische Fragestellungen handelt, genügen die Simulationsergebnisse offensichtlich nicht den Anforderungen der Hersteller, so dass diese weiter mit Prototypen arbeiten. Die Wasserkühlungsbranche ist dabei übrigens kein Einzelfall. Auch Noiseblocker hat sich wegen Fehlergrößen von zum Teil über 10 Prozent von Lüftersimulationen verabschiedet und stattdessen in Rapid Prototyping investiert – das Ergebnis gilt qualitativ als marktführend.
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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.
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.
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Ja wenn die Simus erstmal laufen. So eine Simulation ist nämlich gar nicht mal ohne, weil über große Bereiche die Wärmeleitung (Kühlerblock) und über große Bereiche die Strömung durch den Kühlkörper berechnet werde muss und gleichzeitig hat man auf winzigen Längenskalen eine Wärmegrenzschicht und eine hydrodynamische Grenzschicht. Das ganze mit kleinskaliger Turbulenz (genau das macht ja ein gut geriffelter Kühlkörper) - was oft sogar wenn erstmal nichts über die Strömung bekannt ist Brute Force 3D Ansätze erfordert. Dazu kommen dann viele harte Übergänge und Zacken in der Geometrie durch die Lamellen die dann erstmal das ganze zu einem ill-posed problem werden lassen. D.h. man muss bei jeder Kühlrippenänderung (um die es ja geht) wieder das Simulationsgitter anpassen. Da istn neuer Kühlblockblock mit nem dahintergeschalteten Temp-Sensor schneller gedreht.
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ich bin auch ein freund von simulationen, aber ohne diese mit realen experimenten abzugleichen läufts halt auch nicht immer. sonst gäbs ja auch keine windkanäle mehr, sondern nur noch simulationen. daraus kann man ableiten, dass die realen versuche halt doch immer etwas andere ergebnisse liefern, an die die simus dann angepasst werden, um dann damit rumspielen zu können. das lohnt dann vllt für ein neues auto, nen airbus etc.. aber vllt nicht mehr für nen pc-kühler.
ich bin auch ein freund von simulationen, aber ohne diese mit realen experimenten abzugleichen läufts halt auch nicht immer. sonst gäbs ja auch keine windkanäle mehr, sondern nur noch simulationen. daraus kann man ableiten, dass die realen versuche halt doch immer etwas andere ergebnisse liefern, an die die simus dann angepasst werden, um dann damit rumspielen zu können. das lohnt dann vllt für ein neues auto, nen airbus etc.. aber vllt nicht mehr für nen pc-kühler.
amdahl
Volt-Modder(in)
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Zunächst mal: Konvergenz ist nur ein Teil im Puzzle das zur Genauigkeit einer Simulation führt. Eine auskonvergierte Lösung ist noch lange nicht genau.
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.
Zunächst mal: Konvergenz ist nur ein Teil im Puzzle das zur Genauigkeit einer Simulation führt. Eine auskonvergierte Lösung ist noch lange nicht genau.
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.
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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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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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Abweichung unter 5% mit dem SST Modell:
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