Hallo !
Aus dem Artikel Kühlkörper entnehme ich folgendes:
>Luft hat eine Wärmekapazität von ungefähr 1kJ/kg/K was bedeutet, daß für die
Erwärmung von 1kg Luft um 1K eine Energiemenge von 1kJ = 1000Ws erforderlich ist.
D.h. für den kontinuierlichen Abtransport von 100W Wärme werden mindestens 100g
Luft pro Sekunde benötigt, wenn man diese nur um 1K erwärmen will. Um also 100W
von einem Kühlkörper abzuführen, der sich hier im Beispiel um 8K erwärmen darf,
sind 100W / 8K = 12,5g Luft pro Sekunde erforderlich. Ein Gramm Luft hat ein
Volumen von etwa 0,77l, d.h. bei 12,5 g muss der Lüfter 9,6 l/s bzw. 34,5 m^3/h
liefern, die dann auch durch den gesamten Kühlkörper geblasen werden müssen.
Meine Frage nun:
Ist der Zusammenhabng in der Praxis auch wirklich so linear dass eine
Verdopplung des Luftstromes auch eine halbwierung des Wärmewiderstandes
Rth verursacht ?
Auf einem Kühlkörper befinden sich insgesamt 3 Lüfter auf den gesamten
Kühlkörper verteilt. Jeder hat einen Luftstrom von 90 m3/h.
Nun mmöchte ich diese durch Lüfter mit 200m3/h ersetzten.
Kann ich nun wirklich mit einer halberung des Wärmewiderstandes rechnen
?
Da gibts ne abgefahrene Formel in Büchern, mit einer 0.662-ten Potenz
oder so (ist wohl empirisch ermittelt, weil den genauen Mechanismus noch
niemand auf der Welt verstanden hat). Hab gerade leider nichts zum
Nachschlagen zur Hand, wie sie genau lautet.
Schon mal deshalb nicht weil der Kühlkörper auch einen
Wärmeleitwiderstand hat, und der Übergang vom Chip auf das
Bauteilgehäuse und vom Gehäuse auf den KK.
Und der Wärmewiderstnd des Kühlkörpers wirkt sich ganz schnell ganz
stark aus wenn Du einen Kühlkörper der für normale
Konvektion/Strahlungskühlung gemacht ist über einen Luftstrom kühlst.
Schau Dir mal Kühlkörper an, die speziell für Lüfterkühlung spezifiziert
sind. Deutlich kürzere Lamellen bei dickerer Grundfläche.
@ Manuel (Gast)
>Ist der Zusammenhabng in der Praxis auch wirklich so linear dass eine>Verdopplung des Luftstromes auch eine halbwierung des Wärmewiderstandes>Rth verursacht ?
Nein. Das bezieht sich nur auf den Luftstrom und dessen
Wärmetransportfähigkeit. Aber zum Gesamtsystem gehört auch noch der
Kühlkörper sowie der Wärmeübergang vom IC zum Kühlkörper. Und dessen
Wärmewiderstand ändert sich nicht.
>Nun mmöchte ich diese durch Lüfter mit 200m3/h ersetzten.>Kann ich nun wirklich mit einer halberung des Wärmewiderstandes rechnen>?
Nein.
MFG
Falk
Ist mir schon klar das sich nicht das sich die Übergänge von IC zu
Kühlkörper nicht verbessern.
Mir gehts nur um den Rth des Kühlkörpers + Lüfter. Ob ich hier mit einer
halbwierung rechnen kann ... Also Statt 0,1 K/W - 0,05 K/W.
Wärmewiderstände der Übergänge bleiben erhalten - klar.
>Mir gehts nur um den Rth des Kühlkörpers + Lüfter. Ob ich hier mit einer>halbwierung rechnen kann ... Also Statt 0,1 K/W - 0,05 K/W.
Auch das nicht. Überleg doch mal: Du bläst doppelt so viel Luft in der
gleichen Zeit durch. Das heisst doch da der Druck sich nicht signifikant
ändert, daß die Luft soppelt so schnell durchströmt. Also wird sie sich
nicht genauso stark aufheizen wie vorher. Aber nur in diesem Fall
hättest Du die Verdopplung.
Ob Du jetzt aber beim 1,7 fachen Wäremtransport, oder nur dem 1,5 oder
1,3 fachen landest weiss ich nicht.
Manuel schrieb:> Mir gehts nur um den Rth des Kühlkörpers + Lüfter. Ob ich hier mit einer> halbwierung rechnen kann ... Also Statt 0,1 K/W - 0,05 K/W.> Wärmewiderstände der Übergänge bleiben erhalten - klar.
Nein.
1. Der Wärmeübergang an der Oberfläche (KK-Luft) steigt nicht linear mit
der Geschwindigkeit sondern eher mit v^(0.5...0.7).
2. Die Verteilung im KK (die dicken Teile) und auch von der Basis in die
Spitzen der Lamellen kommt nicht mehr mit. Gegenüber dem Fall im
Datenblatt sind weit von der Quelle entfernte Flächen zu kalt und tragen
nur wenig bei.
Die effektiv genutzte Kühlfläche wird also geringer.
3. Nummer 2 ist weniger tragisch wenn deine Wärmequellen schön verteilt
sind. Der Effekt der kühlen Spitzen und heißen Basis der Lamellen bleibt
aber.
Und der Wärmeübergang vom Kühlkörper zur Luft ist stark von der
Strömungsart abhängig. Bei laminarer Strömung schlecht, bei turbulenter
Strömung bis zu 5x besser. Stichwort Reynolds-Zahl.
Weil die entstehenden Luftwirbel die sogenannte Grenzschicht zerstören,
die fast ruhend direkt am Kühlkörper sonst eine Isolierschicht bildet.
Ein Konvektions-Kühlkörper kann deshalb mit einem starken Lüfter
ordentlich gepimpt werden. Je lauter der Luftstrom zischt, umso besser.
Grüße, Peter
Peter Roth schrieb:> Bei laminarer Strömung schlecht, bei turbulenter> Strömung bis zu 5x besser.
Da liegt der Standard-Lüfter sicher schon drüber. Die wären sonst schön
blöd.
Wenn ich durch etwas mehr Lärm nen Faktor 5 besser werde, dann verkauf
ich das auch so.
>Mir gehts nur um den Rth des Kühlkörpers + Lüfter. Ob ich hier mit einer>halbwierung rechnen kann ... Also Statt 0,1 K/W - 0,05 K/W.>Wärmewiderstände der Übergänge bleiben erhalten - klar.
Man spricht in diesem Fall von der Wärmeübergangszahl α .
Mein alter PUSCHMANN / DRAHT –Technische Wärmelehre- gibt für
Luft, Gase, überhitzter Dampf für α an
(Ruhe) 2...8 kcal/m² h grd
(strömend) 2 + 10 Wurzel w kcal/m² h grd
w ist die Strömungsgeschwindigkeit in m/s
Da hier noch die alten Maßeinheiten (Ausgabe 1961) verwendet werden, ist
eine Umrechnung notwendig.
MfG
