Studienarbeit über Wasserkühlung

[Jogeho]

Hallo Leute,

ich muss für mein Maschinenbaustudium eine Studienarbeit schreiben und habe mir dafür das Thema "Wasserkühlung" bzw. genauer:

Auslegung und Aufbau einer Wasserkühlung für einen PC
Inhalte: Auslegung und Beschreibung der spezifischen Komponenten unter Berücksichtigung von Kühlleistung, Geräuschentwicklung, Kosten und Sicherheit. Ziel der Wasserkühlung ist eine bessere Wärmeabfuhr und eine möglichst geringe Geräuschentwicklung.

ausgesucht.

Das ganze wird eine wissenschaftliche Arbeit und bezieht sich neben den praktischen Ergebnissen auch auf theoretische thermodynamische Themen.

Eine Wasserkühlung wollte ich schon immer einmal bauen, hatte jedoch immer das Problem, dass ich entweder kein Geld oder keine Zeit dafür hatte. Und nun kann ich meine Arbeit sozusagen endlich mal mit einem Hobby verbinden, daher hat mich diese Arbeit gereizt. Leider habe ich jedoch noch keine praktischen Erfahrungen mit einer Wakü und auch nur ein relativ altes System mit einem AMD Athlon 3000+ und eine passiv gekühlte Graka. Dennoch denke ich, dass man da etwas interessantes reinbauen kann was möglichst leise wird.
Für die Zukunft soll damit natürlich auch ein größeres System gekühlt werden, habe jedoch erstmal kein Geld für Neuanschaffung.

Falls jemand Interesse hätte mich dabei zu unterstützen und mir auch ein paar Reize geben könnte, welche Themen ich an meiner Wakü mit in die Arbeit einbringen kann, würde ich mich sehr freuen!

Zurzeit habe ich dieses Geräusch-/Kühlsystem:
alter Chieftec Bigtower mit Schalldämmmatten
2 Gehäusekühler Arctic Fan 3TC
1 CPU-Kühler Arctic Cooling Copper Silent 2TC
und ein Netzteil von BeQuiet
also alles schon relativ leise, aber mit Wakü ist da noch einiges rauszuholen.

Nun habe ich mir dieses Wakü-System holen wollen:

- Black ICE Radiator GT Stealth 360
- 3x 120mm Noctua NF-P12-1300 Lüftern
- HPPS Plus - 12V Pumpe
- Innovatek AGB-O-Matic Ausgleichsbehälter blau
- Cape Corp Kühlkörper und Aufsatz für Sockel A
- Schlauch PVC 10/8mm innovatek
- Anschlusskit Verschraubung 10/8mm G1/4" gemischt
- Axiallüfter 80x80x25 Papst 8412 N2/GLE für Gehäusebelüftung

Natürlich müsste ich dann auch noch Messungen durchführen wofür ich mir den
Aqua - aquaero 4.00 LT
kaufen wollte, dazu noch Wassertempsensor, durchflusssensor, temperatursensoren... was genau und wo weiß ich natürlich noch nicht genau, habe ja gerade erst mit der arbeit angefangen.

Also wie gesagt, wenn ihr mir helfen könntet (am besten kompetente Leute ) würde ich mich wahnsinnig freuen und meine Studienarbeit bestimmt besser aussehen lassen können.
Selbstverständlich können diejenigen die mir helfen auch die Arbeit einsehen oder ich stell sie offen.

Schönen Gruß und danke schonmal!
Johannes

ICQ: 163476174 (falls sich jem. melden will)

 

[burnout150]

schreib mir eine PN. Problem hab nur Skype und MSN Messenger
bis auf den CPU Kühler sehr gutes System Nexxos XP

 

[Humptidumpti]

Wieso PN. Gerade wenn es um so spannende Sachen geht kann man das doch öffentlich machen.

Jetzt mal von den Komponenten abgesehen würde es Sinn machen mehrere Wassertemperatursensoren zu kaufen um so Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen durchlaufenden Komponenten zu sehen.

Damit kann in Verbindung des Aquaeros und des Durchflussmessers unteranderem die abgeführte Energie berechnet werden was einer Studienarbeit durchaus positiv stehen würde.

Gerade die Thermodynamik ist auch sehr interessant. Man könnte in Verbindung mit einer regelbaren Pumpe verschiedene Szenarien ermitteln und zum Beispiel auf den Zusammenhang von Wasserdurchsatz und Temperaturen eingehen.

 

[CPat]

Kommt drauf an wie umfangreich das werden soll.
Hier ist alles von Zwei-Minuten-Vortrag bis Diplomarbeit denkbar.

 

[burnout150]

PN deshalb weil das ganze sonst in eine Art Chat hier ausartet und wir verwarnt werden. Das Ergebnis könnte der Threadersteller ja öffentlich bekannt geben.

Zum Testen wär wohl eine Aquastream XT Ultra ideal, das hab ich komplett verschwizt, soll ja nicht nur kühlen können die Wakü sondern eben vor allem Ergebnisse liefern.

 

[Jogeho]

Also der Punkt mit der Energieaufnahme bzw Abgabe gefällt mir sehr gut, hatte ich mir auch schon überlegt.

Fragt sich nur noch, wie groß der Tempunterschied zwischen Radiatorein - ausgang sein wird.
Müssten recht genaue Thermosensoren sein, damit man da etwas herausfindet (befürchte ich).

Also zum Umfang, mindestens sollte das ganze eine Seitenzahl von ca. 30 Seiten haben.
Aber da Seitenzahlen sowieso nichts über den Umfang aussagen und das ganze eher auf Zeit und Einsatz geht, ist der Arbeitsaufwand natürlich ziemlich offen. Da mir das ganze jedoch Spass macht, (so wie euch wohl auch) ist es mir egal wieviel Zeit ich da reinstecke. Muss nur fertig werden und habe bis mitte Juni zeit.

Es sollte nur nicht so weit gehen, dass ich mir einen eigenen CPU-Kühler baue.
Als Maschinenbauer kommt es mir auch nur auf die Leistung und Geräuschkulisse an.

 

[Humptidumpti]

PN deshalb weil das ganze sonst in eine Art Chat hier ausartet und wir verwarnt werden.

Bis jetzt sehe ich eigentlich noch keine Trolle oder Unsinnige Kommentare. So wirdd as auch bleiben. Hier geht ja nicht jeder Thread unter.

Fragt sich nur noch, wie groß der Tempunterschied zwischen Radiatorein - ausgang sein wird.
Müssten recht genaue Thermosensoren sein, damit man da etwas herausfindet (befürchte ich).

Aquaero Sensoren können kalibriert werden. Mit einem guten Thermometer kann man das machen. Die Messgenauigkeit liegt wohl bei +/- 0,1° C.

Da kann man schon leichte Temperaturunterschiede feststellen.

 

[Jogeho]

@STFU-Sucker
Alles klar, also die genauigkeit reicht um gute Ergebnisse zu bekommen.

Den Durchfluss von der Pumpe sollte man auf jeden Fall auch regeln können, da es ja nicht so ist, dass eine möglichst hohe Duchflussgeschwindigkeit auch zwingend die beste Kühlung ermöglicht. Faktoren wie Abkühlzeit im Radiator, Turbulenzen in den Komponenten und so weiter kommen ja auch dazu. Fragt sich nur ob dieser bereich mit einer für uns zugänglichen Pumpe erreicht werden kann.

Wisst ihr inwieweit man die verfügbaren Pumpen regeln kann?

Wo liegt der Unterschied zwischen Aquastream XT Ultra und Aquaero?

Ok - also ich lese mich jetzt erstmal weiter in das Thema rein bevor ich hier unnötige Fragen stelle

Vielen Dank schonmal für die guten Kommentare! Bin echt begeistert und hatte befürchtet garkeine Antwort zu erhalten

Gruß

 

[CPat]

Wow, also 30 Seiten ist schonmal gut. Das wird sicher nichts halbherziges.

Da würde mich, wenn ich so ein Projekt hätte, auch der Zusammenhang zwischen Durchfluss und Temperatur reizen. Natürlich auch in Bezug auf die Kühlkörper und den verwendeten Radiator. Gibt es sowas wie einen optimalen Durchfluss?
Du hast es ja schon gesagt mit dem "mehr gleich besser". Wäre sicher beides interessant - sowohl das zu bestätigen, als auch zu widerlegen und eine Grenze bestimmen zu können, wo mehr Durchfluss nicht mehr Kühlung bringt. Oder vielleicht auch eine Untergrenze, bei der die Kühlleistung stark einbricht.
Darüber könnte man dann auch komponentenspezifische Produktempfehlungen aussprechen. Also meinetwegen 3 Kühlkörper (nach Bauart X) + 360er Radiator braucht mindestens Pumpe XY, da der Widerstand im System zum effektiven Durchfluss X führt und der gerade so am Grenzwert wäre.

Vielleicht gibt es ja auch bei verschieden großen Radiatoren unterschiedliche Empfehlungen vom Durchfluss. Ich glaube da lässt sich sehr viel messen und erforschen. Diagramme dazu aus verschiedenen Messergebnissen dürften da glaube ich jeden hier und vielleicht auch Hersteller interessieren.

Vielleicht kannst du ja auch bei einem Hersteller wegen Komponenten für dein Projekt anfragen und im Gegenzug in seinem Namen 'forschen' und natürlich auch die Ergebnisse bereitstellen. Weil so viel Hardware bräuchte auch einges an Budget.

 

[Schnitzel_12000]

Da man die Oberfläche des Kühlers und die Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Materialien kennt,
sollte mann den Optimalen Durchfluss doch relativ leicht berechnen können.
Gerade in den kleinen relativ kleinen Kühlern wäre der Aspekt der laminaren und turbolenten Strömung noch interessant.
Auf der Arbeit zB. haben wir Dralleinsätze in den Kühlleitungen um eine turbolente Strömung und damit einen besseren Wärmeübertrag zu erzielen.
Gibt es sowas im PC-Bereich auch?

 

[Jogeho]

@Cpat
Um eine Produktempfehlung auszutesten bräuchte ich natürlich jede Menge verschiedener Komponenten. Meine Arbeit sollte sich aber nicht um den vergleich verschiedener Wasserkühlungen kümmern, sondern eher allgemein das Thema Wasserkühlung behandeln. Ich kann mir nicht so recht vorstellen, dass ich bei diesem Thema materielle Unterstützung von Herstellern erwarten kann Genial wäre es natürlich trotzdem.
Aber mit dem optimalen Durchfluss hast du recht, das scheint wirklich interessant zu sein.

@Schnitzel
So einfach ist das leider nicht, dass die Oberfläche und die Wärmeleitfähigkeit ausreicht um den optimalen Durchfluss zu berechnen.
Insgesamt brauchen wir für den konvektiven Wärmestrom die Daten von der Oberfläche, dem Wärmeübergangskoeffizienten und die mittleren Temperaturen von der Wand und dem Fluid.
Für den Wärmeübergangskoeffizienten brauchen wir die Nußeltzahl, die charakteristische Länge und den Wärmeleitkoeffizient von dem Fluid.
Bei der Nußeltzahl fängt es dann an kompliziert zu werden, da du ein geometrisches Modell brauchst. Bei einer Rohrströmung ist das ganze noch einfach und kann näherungsweise berechnet werden. Aber bei einem Kühlkörper für die CPU hört es dann auf, da du hierfür kein Modell zur Verfügung hast. Ungefähr abschätzen kann man das rechnerisch schon, aber am praktischen Modell und speziell bei einem Kühlkreislauf wo viele verschiedene Komponenten zusammenwirken ist das schwer zu realisieren. Mit CFD wäre das noch vorstellbar aber zu weit hergeholt.
Aber jetzt nochmal allgemein, eine turbUlente Strömung ist gut für den Wärmeübergang. Im Grunde wird es doch erst kritisch, wenn wir die Pumpe so stark hochlaufen lassen, dass es zu Kavitation kommt, oder? Also dass die Wärmeübertragung einen Knick nach unten macht. (Hab mal eine Grafik angehängt, wie ich mir das ungefähr Vorstelle) Aber in einem gewissen Bereich dürfte es keinen merklichen Zuwachs von Kühlleistung bringen.

Düsen gibt es in Kühlkörpern, welche eine turbulente Strömung herbeiführen.

Bitte gebt mir weitere Denkanstösse

GrußAnhang anzeigen 90925

 

[Schnitzel_12000]

Dein Anhang funkt nicht.

Ich kann mir eigentlich nicht vorstellen da du mit so einer kleinen Pumpe Kavitation erzeugen kannst,zumal du auf der Druckseite den gleichen Querschnitt wie auf der Saugseite.
Allerdings ist in dem Fall ja beides gleichzeitig,da es sich um ein geschlossenes System handelt.
Oder hast du vor sowas einzubauen?

Quelle:Meisterkühler.

Edit:
Link geht doch.
Ja,so dürfte das wohl aussehen.Irgendwann ist de Punkt erreicht an dem auch durch mehr Durchfluss nicht mehr Wärme abtransportiert werden kann.Und falls es doch zur Kavitation kommt fällt die Kurve wieder ab.

 

[Jogeho]

Ich kann mir auch nicht vorstellen dass man damit Kavitation erzeugen kann ^^
das war ja auch nur eine theoretische betrachtung.
In einem gewissen bereich stelle ich mir aber vor, dass es keinen größeren kühleffekt gibt, weil das wasser zu schnell durch den radiator durchläuft und so eine größere kühlung nicht mehr möglich ist.

 

[Schnitzel_12000]

Jetzt wird es verzwickt.
Wenn das Wasser den CPU-Kühler schneller durchläuft als es das maximum an Wärme aufnehmen kann kommt es ja auch kühler wieder am Radiator an.Der hat zwar weniger Wärme pro Einheit an die Umgebung abzugeben, dafür hat er aber auch weniger Zeit weil die Fließgeschwindigkeit höher ist.
Mein Schluss daraus wäre,dass ab einer bestimmten Durchflussgeschwindigkeit keine Verringerung der Temperatur mehr möglich ist.Im Gegenteil,bei einer regelbaren Pumpe steigt mit wachsender Förderleistung auch die Wärmeabgabe wegen der höheren Stromaufnahme.

 

[Jogeho]

Ja, also wie das genau ist wird man erst in einem praktischen Versuch sehen können.
Vorher kann man darüber ewig spekulieren. Welche interessanten Themen fallen euch denn sonst noch ein?

Aber nun nochmal zu einer anderen Frage:
Wenn ich mir die Aquastream Pumpe kaufe, welche anscheinend die einzige Pumpe ist, die ich frei regeln kann (stimmt das?), brauch ich dann überhaupt noch die Aquaerosteuerung?
Oder ist es sinnvoll beides zu kombinieren?

Als CPU-Kühler würde ich mir dann die Nexxxos holen.

Ist die Frage welche Pumpe (hpps+ oder aquastream). Wollte dann zeitnah schon die ersten Komponenten bestellen.

Gruß

 

[burnout150]

würd die Aquastream und das Aquero nehmen.

die HPPS+ könntest du modden so dass du zwischen den 4 Modi hin und herschalten kannst. Näheres in der FAQ in der Sig.

 

[Jogeho]

So langsam kommt es zum ersten großen Einkauf,

ich habe mich nun dazu entschlossen, erstmal nur folgende Komponenten zu bestellen:
- Aquacomputer Aquastream XT USB 12V Pumpe- Standard Version 68,98 €
- (Eheim 1046/48 Einlassadapter G1/4" 3,99 € ; Eheim 1046 Auslassadapter auf G1/4" 3,99 €)
- Anschlusskit Verschraubung 10/8mm G1/4" gemischt 21,99 €
- EK Water Blocks EK-Multioption RES 250 Rev.2 39,49 €
- 3x Schlauch PVC 10/8mm innovatek Spezial Schlauch tranparent 1,99 €
- 3x 120mm Noctua NF-P12-1300 20,99 €
- Alphacool NexXxoS XP vernickelt 31,99 € (Halterung für Sockel A fehlt momentan noch)
- Black ICE Radiator GT Stealth 360 - blue 49,90 €
- Innovatek Protect Konzentrat 500ml 10,99 €
Insgesamt knapp über 300€.

Dann werde ich mit diesem System schonmal eine Wakü aufbauen können.
Im zweiten Anlauf werde ich mir das Messsystem dazubestellen mit der Aquaero LT 4.00 und den diversen Sensoren.

Edit: System wurde bestellt. Bin mal gespannt wann es ankommt. Den Halter musste ich mir speziell bei Alphacool besorgen, hoffe das klappt alles.

In der Pumpe ist ja ein Thermosensor, also bräuchte ich ja nur noch einen Thermosensor zwischen CPU-Kühler und Radiator. Oder meint ihr, dass sich die Temperatur von Radiatorausgang bis zur Pumpe stark verändert?

Gruß

 

[burnout150]

normalerweise wenn der Durchfluss passt sollte der Unterschied max. 1-2°C ausmachen da es ein Kreislauf ist und sich die Temperatur auf ein Level einpendelt und nciht sonderlich schwankt zwischen den einzelnen Kühlern.

 

[Jogeho]

Ja da hast du recht,
ich habe mich nur gefragt, wie die Aussagekräftigkeit der Temperatur bei der Pumpe eingeschätzt werden kann.
Und zwar ist es ja so, dass die Flüssigkeit aus dem Radiator rausläuft und dann erstmal in den AGB fließt, von dort wird dann das Wasser in die Pumpe gesaugt und die Temperatur gemessen. Ergo: Die Temperatur in der Pumpe bringt mir im Grunde nur eine Aussage über das Wasser im AGB. Gerade beim Kaltstart ist es dann so, dass man nur einen verzögerten Anstieg von der Temperatur hat.

Ich hab mal eine Skizze angehängt, wie ich mein System ungefähr aufbauen werde.
Das Wasser fließt erstmal zum CPU nach oben und dann weiter hoch zum Radiator um den Thermosyphoneffekt auszunutzen.
(Achtung, die Schläuche gehen nicht durch das Netzteil sondern hinten dran vorbei , wie genau ich das alles Einbauen werde weiß ich noch nicht, das ist nur eine Skizze wo alles ungefähr hinkommt)

Über weitere Anregungen würd ich mich freuen!

Gruß

 

[Schnitzel_12000]

Die Aquastream fördert zwischen 300 und 600L/H
Bei einer angenommenen Schlauchlänge von 0,6m zwischen Radiator und AGB bei 0,8cm Innendurchmesser
wäre das Wasser im schlechtesten Fall innerhalb von ~0,36 Sek,im besten Fall nach ~0,18 Sek am AGB.
Rechnet man das Volumen des AGB von knapp 300ml mit ein bist du bei einer Zeitlichen Verzögerung von 2-4sek an der Pumpe.
Wäre das für dich relevant?