Welche Phänomene die Luftströmung beeinflussen

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Lüfterkennlinie gilt nur in Idealfällen

Oft hört man Aussagen, wie „Dieser Lüfter bringt nach Datenblatt 80 m³/h“. Dies macht so keinen Sinn, da aus den Herstellerangaben der maximal mögliche Volumenstrom abzulesen ist. Der Lüfter muss aber immer gegen den Luftwiderstand des Geräts mit all seinen Hindernissen und Verengungen arbeiten – und auch Lüfter haben Kennlinien. Der „Wirkungsgrad“ des Lüfters, oder besser formuliert, sein Volumenstrom-Druck-Arbeitspunkt bestimmt sich aus dem Schnittpunkt von Lüfterkennlinie und Luftwiderstandsparabel des Geräts.

Die in den Herstellerkatalogen angegebenen Kennlinien werden in einem Normprüfstand gemessen und gelten streng genommen nur für einen freiblasenden Lüfter mit einem Druckhindernis in sehr weiter Entfernung. Sobald der Lüfter z.B. senkrecht gegen eine Platte bläst oder von einer Platte saugt, verformt sich die Kennlinie. Empfohlen wird in diesen Fällen ein Sicherheitsabstand von mindestens 2 Lüfterdicken von der Platte [3].

Saugen oder blasen?

Der Arbeitspunkt verändert sich leicht je nach dem, ob ein Lüfter saugt oder bläst, da die Summe aller Engstellen im Luftweg den Gesamtdruckabfall bestimmen. Allerdings unterscheidet sich das Strömungsbild erheblich, weil ein Lüfter aus einem weiten Bereich mit niedriger Geschwindigkeit fast laminar ansaugt und in gerichteter Weise mit hoher Geschwindigkeit turbulent ausbläst. In Tabelle 1 sind die Vor- und Nachteile der beiden Moden zusammengefasst.

Das Testmodell wurde mit anderen Elementen wie Stromversorgung, Tochterkarten, Speicherriegel, Laufwerke etc. vervollständigt. In den Bildern 3a und 3b sind die Auswirkungen der beiden Richtungsmöglichkeiten zu sehen.

Simulation von gekoppelter Entwärmung und Strömung

Numerische Simulationen von gekoppelten Entwärmungs- und Strömungsvorgängen führen immer zu wertvollen Einsichten. Man lernt durch die einfachen Variationsmöglichkeiten das thermische Verhalten seines Produktes kennen und erwirbt im Produktdesign einen wesentlichen Zeit- und Kostenvorteil. Je früher die Wärmesimulation im Design eingesetzt wird, desto größer ist ihr Nutzen. Die hier gezeigten Beispiele wurden mit 6SigmaET berechnet [4]. 6SigmaET ist seit Jahren die einzige Neuentwicklung in diesem CAE-Segment und es ist integrierter Teil einer Softwaresuite, die ebenso Tools für Racks, Rechenzentren und IT Facility Management umfasst.

Literatur

[1] Luther, M.: „Der Wind bläset, wo er will, und du hörest sein Sausen wohl; aber du weißt nicht, von wannen er kommt und wohin er fähret. (Joh 3,8)“ (1545)

[2] Simons, R.E.: „Estimating the effect of flow bypass on parallel plate-fin heat sink performance”, Electronics Cooling Feb. (2004)

[3] Harmsen, S.: Papst-Lüfter. ebm-Papst St. Georgen GmbH (2002)

[4] www.futurefacilities.com: 6SigmaET User Manual R6 (2010)

*Dr. Johannes Adam ist technischer Leiter bei der ALPHA-Numerics GmbH in Neuhäusel.

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