[crblue]

Hallo!

Nachdem der von Arch gestartete Thread zum Thema Wärmestrahlung zusehr in Richtung Konvektion abgedriftet ist mach ich hier mal den "Ergänzungsthread" auf.

Zunächst mal eine Zusammenfassung von dem was wir schon diskutiert haben (ich werd hier einfach mal wild zitieren und zusammenfassen ohne die Quelle anzugeben. Ich hoffe, dass diejenigen die das im anderen Thread gepostet haben nix dagen haben):

Konvektion und Wärmestrahlung sind komplett verschieden und voneinander unabhängig.
In einem gut belüfteten System wird die Konvektion immer überwiegen.
Ob mit Lüfter(n) oder rein passiv, die Entwärmung druch Luftströmung heisst immer Konvektion
Bei Konvektion sind Oberfläche, Strömungsgeschwindigkeit und überströmte Länge wichtig.
Das Material des Kühlkörpers beeinflusst nur den Wärmeaustausch im Kühlkörper


Um einen Kühlkörper, der per Konvektion die Wärme abgeben soll effizienter zu machen bleiben eigentlich nur die folgenden Möglichkeiten (nachzulesen in dem von mir verlinkten Dokument):
1. Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Luft und Kühlkörper
2. Erhöhung der überströmten Länge
3. Erhöhung der Oberfläche
4. Gleichmäßige Verteilung der Wärme

Zu 1.: Wenn die Temperaturdifferenz um 10 ° C erhöht wird, dann sinkt der Wärmewiderstand um ca. 20 %. Praktisch ist das aber schwierig umzusetzen, da man entweder eine höhere CPU Temperatur akzeptieren, oder kühlere Luft ansaugen muss.

Zu 2.: In Strömungsrichtung gesehen kurze aber breite Lamellen sind nicht ideal. So sehen aber die meisten Towerkühler aus...

Zu 3.: Ist logisch und bekannt.

Zu 4.: Wenn eine heiße CPU einen Riesenkühlkörper bekommt, dann wird der nur in der Mitte lauwarm und die Konvektion (warme Luft steigt auf) funktioniert weniger gut als bei einem kleineren Kühlkörper, der in allen Teilen heißer wird. Die Teile eines Rippenkühlkörpers, die niemals warm werden, weil sie zu weit außen liegen, kann man auch gleich weg lassen.

Der Hauptunterschied zwischen erzwungener und freier Konvektion dürfte die Dicke der Grenzschicht sein. Die Grenzschicht ist eine Schicht von Luft die sich nicht bewegt. Verursacht wird der Effekt durch die Reibung der Luft mit dem Kühlkörper und der Viskosität der Luft. Im Bereicht der Grenzschicht findet keine Konvektion statt (da die Luft sich ja nicht bewegt). Die Wärme kann also nur duch Wärmeleitung übertragen werden.
Je Höher die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, desto dünner ist die Grenzschicht. Deshalb sind ja die Abstände de Kühlrippen bei einem auf freie Konvektion (also Pasivbetrieb) ausgelegten Kühlkörper größer.

(Von Folgenden Mitgliedern Hab ich die Infos geklaut: Norbert, Brumm-Bär, Heatpipe)

Ich hoffe, dass ich hiermit eine interessante Diskussion anstoßen kann.

Viele Grüße

crblue

[crblue]

um gleich mal die Diskussion in gang zu bringen: Was ist denn von Kühlkörpern die anstatt Rippen viele kleine Nadeln haben (so wie die hier) zu halten?

MfG

crblue

[Lenni]

gute frage, da die oberfläche ja ziemlich vergößert wird.

der wärmetransport aufgrund der erhöhten materialstärke etwas langsamer von statten gehen. hauchdünne lamellen werden vermutlich schneller warm als so ein zylinder.

allerdings müsste auch der strömungswiderstand aufgrund von verwirbelungen zunehmen. wobei man hier auch variieren kann. mh mh, denken beim schreiben ist lustig.

bin gespannt was unsere experten dazu sagen.

mfg, lenni

[heatpipe]

Hallo,

@crblue

bezüglich Deiner Behauptung der stehenden Luft in der therm.Grenzschicht schau besser hier `mal
rein.



Bei Verwendung mehrere Heatpipes wird einerseits der therm.Übergangswiderstand verringert,
andererseits eine gute Wärmeverteilung auch in den Randbereichen erreicht.

Also:Nur Punkt 1 scheidet für Verbesserungen aus.

Die beste Optimierungmöglichkeit bei Kühlkörpern liegt im Gegensatz zu Deiner Ausführung im Bereich Punkt 4.

Ein Kühlkörper mit einem Rippenabstand zwischen 6 und 8mm, einer Höhe in Rippenrichtung von 10cm und einer Breite von 25cm quer zur Rippenrichtung wird einen deutlich schlechteren therm.Widerstand besitzen als ein Kühlkörper mit einer Höhe in Rippenrichtung von 5cm und einer Breite von 50cm quer zu Rippenrichtung.
Die Wärmeabgabefläche ist beiden gleich groß.

Voraussetzung: gute Wärmeverteilung im breiteren Kühlkörper durch mehrere Wärmequellen.

Es grüßt
heatpipe

[heatpipe]

Hallo,

noch immer gilt für Wärmeleitung in Körpern

Rtherm=L/lambda x A

je länger der Weg L ,je schlechter der Widerstand
je dünner die Fläche A ,je schlechter der Widerstand

Für natürliche Konvektion ist die Frage ,ob ein Lamellenkühlkörper mit wahrscheinlich schlechterer Wärmeleitung und höheren Übergangswiderständen von Heatpipes zu Lamellen besser ist als ein
Rippenkühlkörper ,ungekärt.

Es grüßt
heatpipe

[crblue]

heatpipe sagte am 10.08.2006, 13:15:

Hallo,

@crblue

bezüglich Deiner Behauptung der stehenden Luft in der therm.Grenzschicht schau besser hier `mal
rein.

Das Bild kenn ich. Nur hab ich's leider falsch Verstanden. Sorry!
Die Grenzschicht ist die Schicht, in der Wärmeübertragung per Konvektion stattfindet. Diese wird mit der überströmten Länge dicker. (so stehts zumindest in Wikipedia, macht aber auch Sinn)
Bei zu eng zusammenstehenden Lamellen würden die Grenzschichten zusammenwachsen, was eine schlechtere Wärmeübertragung zur Folge hat.

Zitat

Bei Verwendung mehrere Heatpipes wird einerseits der therm.Übergangswiderstand verringert,
andererseits eine gute Wärmeverteilung auch in den Randbereichen erreicht.

Du meinst der therm Übergangswiderstand zw. CPU und Kühlkörper wird reduziert, oder? Der Übergangswiderstand zur Luft ist das bei weitem größere Problem, denke ich.
Das mit der Wärmeverteilung ist klar. Und auch wichtig s. Punkt 4.

Zitat

Also:Nur Punkt 1 scheidet für Verbesserungen aus.

Hast recht, die Erhöhung der Temperaturdifferenz scheidet praktisch aus, denn wir wollen ja alle kühlere CPU's...

Zitat

Die beste Optimierungmöglichkeit bei Kühlkörpern liegt im Gegensatz zu Deiner Ausführung im Bereich Punkt 4.

Ein Kühlkörper aus Kupferrippen müsste da doch schon ganz ordentlich sein, oder?

Zitat

Ein Kühlkörper mit einem Rippenabstand zwischen 6 und 8mm, einer Höhe in Rippenrichtung von 10cm und einer Breite von 25cm quer zur Rippenrichtung wird einen deutlich schlechteren therm.Widerstand besitzen als ein Kühlkörper mit einer Höhe in Rippenrichtung von 5cm und einer Breite von 50cm quer zu Rippenrichtung.
Die Wärmeabgabefläche ist beiden gleich groß.

Das liegt daran, dass an den spitzen der längeren Rippen nur wenig Wärme ankommt. Hab ich das richtig verstanden?

Zitat

Voraussetzung: gute Wärmeverteilung im breiteren Kühlkörper durch mehrere Wärmequellen.

Oder durch bessere Verteilung dank Wärmeleitfähigerem Material. Dazu sind ja die Kupferböden in den Alukühlkörpern da. Man könnte sogar zu Silber greifen, wie (soweit ich mich erinnere) zu den Besten Intel Energieverbrauchswahn einige High End Kühlkörper gemacht haben.

Aber nochmal zu deinem Beispiel von oben:
Nehmen wir den Kühlkörper mit den 5 cm hohen Rippen. Welcher währe besser (Maße Länge mal Breite in mm aus der Strömungsrichtung betrachtet)
a ) 50 x 100
b ) 100 x 50

Soweit ich verstanden habe müsste b ) besser sein, da die Luft sozusagen mehr Zeit hat Wärme aufzunehmen. (Voraussetzung: gleichverteilte Wärme und die Grenzschichten der gegenüberliegenden Rippen wachsen nicht zusammen.)
Richtig?

[Lenni]

wie wäre die wärme ableitung eigentlich wenn - mal angenommen - die heatpipes in einen hohlkörper enden würden, in dem sich z.b. wasser oder ein anderes kühlmedium befindet?
der aufwand wäre vermutlich ziemlich hoch und so oder so müsste der hohlkörper im endeffekt wieder wie ein rippenprofil aufgebaut sein, da auch das wasser irgendwann seine aufnahmekapazität erreicht und den behälter um den siedepunkt herum dann sprengen würde.

aber die ersten zehn minuten hat man sicher tolle temperaturen

mfg, lenni

[heatpipe]

Hallo,

beide Kühlkörper haben gleich lange Rippen mit gleicher Dicke und gleichem Abstand.

Ein Kühlkörper hat 50 Rippen und ist 50cm breit und 5cm hoch.
Der andere Kühlkörper hat 25 Rippen und ist 10cm hoch.
Beide Kühlkörper besitzen die gleiche Oberfläche.
Bei einem Rippenabstand von 6 bis 8mm passt die Grenzschichtdicke besser zur Höhe 5cm als zur Höhe von 10cm .



Man erhält bessere Strömungsverhältnisse ,bessere Kühlung für 5cm Höhe unter der Voraussetzung,dass die Wärmeverteilung in beiden Kühlkörpern gleich gut ist.

Rippenkühlkörper setzen dem Wärmestrom zwei Widerstände entgegen.
Einmal den kleinen inneren materialabhängigen (Alu,Kupfer,Silber) und den großen Übergangswiderstand zur Luft.
Größenordnung der Widerstände 1:10
Deshalb werde ich mich weiterhin mehr um den großen Widerstand kümmern.

@Lenni,
Bau Deinen Kühlkörper in einen Wasserbehälter ein,Pume und Radiator dazu und Du hast eine Wasserkühlung ohne Wasser im PC.
Wenn der Wärmeübergangswiderstand zum Wasser und die zusätzlichen Widerstände der Wasserkühlung kleiner sind als der Wärmeübergangswiderstand zur Luft ,wird es kühler.
Allerdings wieder etwas lauter.

Es grüßt
heatpipe

[crblue]

heatpipe sagte am 10.08.2006, 17:46:

Rippenkühlkörper setzen dem Wärmestrom zwei Widerstände entgegen.
Einmal den kleinen inneren materialabhängigen (Alu,Kupfer,Silber) und den großen Übergangswiderstand zur Luft.
Größenordnung der Widerstände 1:10
Deshalb werde ich mich weiterhin mehr um den großen Widerstand kümmern.

eh klar! Mein Beispiel bezog sich auf die einheitlichere Wärmeverteilung. Die ist nämlich besser, je weniger Widerstand das Material hat. Und mit besserer Wärmeverteilung sinkt auch der Widerstand Material - Luft.

Noch eine andere Frage: Wie sind den eigentlich die Lamellen an den Heatpipes befestigt? Presspassung?

[crblue]

Uwe70 sagte am 11.08.2006, 17:34:

Zitat

Noch eine andere Frage: Wie sind den eigentlich die Lamellen an den Heatpipes befestigt? Presspassung?

Bei kauffertigen Kühlern wie Ninja oder SonicTower sind die nur draufgeschoben. Also Presspassung. Wenn überhaupt, so die ist nur die oberste Lamelle befestigt, damit man die nicht runterfrickeln kann.

Uwe

Uff, das dürfte einen saumäßig schlechten Wärmeübergang (Lamelle - Heatpipe) geben: Kaum Auflagefläche und sehr dünnes Alublech...
In der Doku zu den Conrad Heatpipes steht auch sinngemäß, dass der Wärmeübergang von Heatpipe zu Kühlkörper normalerweise der begrenzende Faktor ist. Könnte es sein dass man mit der hälfte der Fläche (oder gar weniger) auskommen könnte wenn man nur für einen besseren Wärmetransport in die Kühlrippen sorgen könnte?
Währe mal interessant mit einer Wärmebildkamera die Wärmeverteilung auf den Kühlrippen anzuschauen. Von euch hat niemand zufällig sowas rumliegen?

[crblue]

Uwe70 sagte am 18.08.2006, 11:27:

Zum anderen würde zB bei Kühlern wie dem Ninja, wollte man da jede Lamelle einzeln anlöten, der Preis in schwindelnd erregende Höhen gehen. Der wäre einfach nicht mehr bezahlbar.

Das ist wohl wahr. Ich dachte auch eher daran ob nicht weiger und dafür dickere lamellen besser währen?

Dieser Beitrag wurde von crblue bearbeitet: 18. August 2006, 11:02

[crblue]

Uwe70 sagte am 18.08.2006, 11:27:

Zum anderen würde zB bei Kühlern wie dem Ninja, wollte man da jede Lamelle einzeln anlöten, der Preis in schwindelnd erregende Höhen gehen. Der wäre einfach nicht mehr bezahlbar.

Hab gerade gesehen, dass beim Noctua NH-U 12 die Kühlamellen mit der Heatpipe verlötet sein sollen. Mit über 50 € ist der zwar nicht gerade billig, aber es gibt auch noch teuerere Kühlkörper. Auch beim kleinen bruder für "anfang 40" € sind die Lamellen verlötet.

MfG

crblue