MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)PennState22125tmc5980
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a519.5
■1001  ▼aCorbett,  Thomas  M.
■24510▼aExploration  of  Internal  Cooling  Schemes  Enabled  Through  Additive  Manufacturing
■260    ▼a[Sl]▼bThe  Pennsylvania  State  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a239  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Thole,  Karen  A.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  Pennsylvania  State  University,  2024.
■520    ▼aThe  additive  manufacturing  (AM)  process  opens  up  many  opportunities  for  engineers  to  explore  novel  cooling  designs  that  historically  may  have  been  costly  or  even  impossible  to  manufacture.  To  leverage  AM  for  cooling  schemes  effectively,  engineers  must  first  understand  the  impact  of  AM  surface  roughness  on  the  performance  of  a  variety  of  internal  geometries.  The  goal  of  this  dissertation  was  to  assess  a  suite  of  cooling  technologies  that  were  made  using  AM  by  comparing  the  fluid  dynamic  and  heat  transfer  performance  as  well  as  the  ability  to  construct  the  designs.  Specifically,  the  cooling  schemes  investigated  included  wavy  channels,  pin  fin  arrays,  lattice  structures,  broken  wavy  ribs,  and  diamond  pyramid  surface  features.  All  of  these  features  were  evaluated  over  a  wide  range  of  Reynolds  numbers  in  the  turbulent  flow  regime.The  cooling  schemes  evaluated  covered  a  range  of  friction  factor  augmentations  from  2  to  500,  and  heat  transfer  augmentations  between  1.2  and  6  relative  to  smooth  cylindrical  channels  with  no  features.  The  heat  transfer  and  pressure  drop  of  wavy  channels  was  found  to  be  largely  a  function  of  the  secondary  flows  with  the  augmentation  scaling  as  a  function  of  the  relative  waviness  of  the  channel.  Wavy  channels  were  also  identified  to  perform  best,  in  terms  of  heat  transfer,  at  low  Reynolds  numbers.  Pin  fin  geometries  induced  greater  heat  transfer  and  pressure  loss  augmentations  than  the  wavy  channels  as  result  of  the  enhanced  surface  area  and  turbulent  mixing.  Pin  shape  and  spacings  were  the  variables  that  dictated  the  pressure  loss  and  heat  transfer,  though  the  addition  of  surface  roughness  enhanced  both  flow  characteristics.  Small  surface  protrusions  such  as  diamond  pyramid  turbulators  and  broken  wavy  ribs  had  small  performance  augmentations  relative  to  the  pin  fin  and  wavy  channel  designs,  but  these  augmentations  were  found  to  be  insensitive  to  Reynolds  number.  The  surface  features  induced  substantial  near  wall  mixing  with  increases  in  both  heat  transfer  and  pressure  loss  but  was  further  increased  as  the  relative  endwall  surface  roughness  increased.  Lattice  structures  had  the  most  significant  pressure  penalty  of  all  geometries  that  were  considered  despite  offering  only  similar  heat  transfer  enhancement  to  that  of  the  pin  fin  arrays.Throughout  these  studies,  variations  in  materials  and  machines  used  for  the  additive  manufacturing  were  identified  and  related  to  the  performance  of  internal  cooling  and  pressure  loss.  These  variations  led  to  varying  degrees  of  roughness  and  a  range  of  surface  morphologies.  Highly  rough  wavy  channels,  for  example,  significantly  increased  pressure  drop  but  did  not  produce  an  equivalent  increase  to  heat  transfer.  While  arithmetic  mean  roughness  was  the  primary  driver  of  cooling  performance,  the  surface  skewness  and  kurtosis  were  found  to  be  key  secondary  variables.The  work  presented  in  this  dissertation  identified  the  key  flow  characteristics  and  impacts  of  surface  roughness  on  a  variety  of  internal  cooling  designs.  The  data  and  analyses  presented  bridge  the  gap  in  understanding  the  performance  implications  of  a  range  of  additively  manufactured  cooling  features  empowering  designers  to  integrate  new  cooling  technologies  into  practical  applications.
■590    ▼aSchool  code:  0176.
■650  4▼aKurtosis
■650  4▼aVortices
■650  4▼aDiscount  coupons
■650  4▼aMedical  imaging
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■690    ▼a0204
■690    ▼a0218
■690    ▼a0546
■71020▼aThe  Pennsylvania  State  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0176
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17162913▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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