Mini-/microchannel components have received attention over the past few decades owing to their compactness and superior thermal performance. Microchannel heat sinks are typically manufactured through traditional manufacturing practices (milling and sawing, electrodischarge machining, and water jet cutting) by changing their components to work in microscale environments or microfabrication techniques (etching and lost wax molding), which have emerged from the semiconductor industry. An extrusion process is used to produce multiport minichannel-based heat exchangers (HXs). However, geometric manufacturing limitations can be considered as drawbacks for all of these techniques. For example, a complex out-of-plane geometry is extremely difficult to fabricate, if not impossible. Such imposed design constraints can be eliminated using additive manufacturing (AM), generally known as three-dimensional (3D) printing. AM is a new and growing technique that has received attention in recent years. The inherent design freedom that it provides to the designer can result in sophisticated geometries that are impossible to produce by traditional technologies and all for the redesign and optimization of existing models. The work presented in this thesis aims to investigate the thermal performance of enhanced minichannel HXs manufactured via metal 3D printing both numerically and experimentally. Rectangular winglet vortex generators (VGs) have been chosen as the thermal enhancement method embedded inside the flat tube. COMSOL Multiphysics, a commercial software package using a finite element method (FEM), has been used as a numerical tool. The influence of the geometric VG parameters on the heat transfer and flow friction characteristics was studied by solving a 3D conjugate heat transfer and laminar flow. The ranges of studied parameters utilized in simulation section were obtained from our previous interaction with various AM technologies including direct metal laser sintering (DMLS) and electron-beam melting (EBM). For the simulation setup, distilled water was chosen as the working fluid with temperaturedependent thermal properties. The minichannel HX was assumed to be made of AlSi10Mg with a hydraulic diameter of 2.86 mm. The minichannel was heated by a constant heat flux of 5 Wcm−2 , and the Reynolds number was varied from 230 to 950. A sensitivity analysis showed that the angle of attack, VG height, VG length, and longitudinal pitch have notable effects on the heat transfer and flow friction characteristics. In contrast, the VG thickness and the distance from the sidewalls do not have a significant influence on the HX performance over the studied range. On the basis of the simulation results, four different prototypes including a smooth channel as a reference were manufactured with AlSi10Mg via DMLS technology owing to the better surface roughness and greater design uniformity. A test rig was developed to test the prototypes. Owing to the experimental facility and working fluid (distilled water), the experiment was categorized as either a simultaneously developing flow or a hydrodynamically developed but thermally developing flow. The Reynolds number ranged from 175 to 1370, and the HX was tested with two different heat fluxes of 1.5 kWm−2 and 3 kWm−2 . The experimental results for the smooth channel were compared to widely accepted correlations in the literature. It was found that 79% of the experimental data were within a range of ±10% of the values from existing correlations developed for the thermal entry length. However, a formula developed for the simultaneously developing flow overpredicted the Nusselt number. Furthermore, the results for the enhanced channels showed that embedding VGs can considerably boost the thermal performance up to three times within the parameters of the printed parts. Finally, the thermal performance of the 3D-printed channel showed that AM is a promising solution for the development of minichannel HXs. The generation of 3D vortices caused by the presence of VGs ii can notably boost the thermal performance, thereby reducing the HX size for a given heat duty.

Silicon Carbide (SiC) has the potential to significantly improve electronics. As a material, it can conduct heat better, carry larger currents and can give faster responses compared to today’s technologies. One way to produce SiC for use in electronics is by growing a thin layer in a CVD-reactor (chemical vapour deposition). A CVD-reactor leads a carrier gas with small parts of active gas into a heated chamber (susceptor). The gas is then rapidly heated to high temperatures and chemical reactions occur. These new chemical substances can then deposit on the substrate surface and grow a SiC layer. This thesis investigates the effect of different opening angles on a susceptor inlet in a SiC horizontal hot-walled CVD-reactor at Linköping University. The susceptor inlet affects both the flow and heat transfer and therefore has an impact on the conditions over the substrate. A fast temperature rise in the gas as close to the substrate as possible is desired. Even temperaturegradients vertically over the substrate and laminar flow is desired. The CVD-reactor is modeled with conjugate heat transfer using CFD simulations for three different angles of the inlet. The results show that the opening angle mainly affects the temperature gradient over the substrate and that a wider opening angle will cause a greater gradient. The opening angle will have little effect on the temperature of the satellite and substrate.

Cette étude est consacrée au problème inverse d’estimation de l’intensité et de la position d’une source de polluant. Nous inversons tout d’abord des mesures de concentration à l’intérieur d’une chambre à sable(extension des égouts souterrain) en utilisant la méthode d’identification modale pour estimer l’intensité d’émission du gaz H2S. Une approche originale est ensuite proposée pour estimer la position d’une source en utilisant la notion de transmittance entre deux capteurs. Des outils de régularisation sont utilisés afin d’estimer chaque transmittance, dont le produit de convolution avec la concentration d’un capteur choisi comme référence correspond à la réponse d’un capteur quelconque. Les transmittances estimées à partir des signaux de concentration simulés dans une configuration d’un écoulement tunnel avec source ponctuelle sont ensuite comparées à la sortie d’un modèle analytique 1D de l’équation de transport.L’utilisation d’un algorithme de minimisation non linéaire a permis d’estimer d’abord la vitesse et le coefficient de diffusion de l’écoulement et ensuite la position de la source, sous certaines hypothèses / This numerical study deals with the inverse problem of estimating the intensity and the positionof a pollutant source. The estimation of time-varying emission rates of pollutant sources of H2S in asewer chamber is first implemented through inversion of concentration measurements using the modal identification method. A specific method based on transmittance functions between sensors output isused to estimate the source position. Regularization tools are applied to estimate each transmittance,whose convolution product with the concentration of a reference sensor models the response of any sensor.Transmittances estimated from simulated concentration signals in a tunnel flow with a point source arethen compared to the output of 1D analytical model for the transport equation. A nonlinear minimizationalgorithm is used to estimate the velocity and the diffusion coefficient first and the source position next,under some assumption

S požadavky materiálových věd na stále menší částice jsou potřebné i nové přístupy a metody jejich klasifikace. V disertační práci jsou zkoumány struktury turbulentního proudění a trajektorie částic uvnitř dynamického větrného třídiče. Zvyšující se výpočtový výkon a nové modely turbulence a přístupy modelování komplexních plně turbulentních problémů řešením Navier-Stokesových rovnic umožňují zkoumání stále menších lokálních proudových struktur a vlastností proudění s větší přesností. Částice menší než 10 mikronů jsou více ovlivnitelné a jejich klasifikace do hrubé nebo jemné frakce závisí na malých vírových strukturách. Práce se zaměřuje na podmínky nutné ke klasifikaci částic pod 10 mikronů, což je současná hranice možností metody větrné separace. CFD software a poslední poznatky modelování turbulence jsou použity v numerické simulaci proudových polí dynamického větrného třídiče a jsou zkoumány efekty měnících se operačních parametrů na proudová pole a klasifikaci diskrétní fáze. Experimentální verifikace numerických predikcí je realizovaná prostřednictvím částicové anemometrie na základě statistického zpracování obrazu (PIV) a proudění lopatkami rotoru je vizualizováno. Predikované trajektorie částic jsou experimentálně ověřeny třídícími testy na větrném třídiči a granulometrie je určená pomocí laserové difrakční metody. Zkoumány jsou Trompovy křivky a efektivita třídění.

Tato numerická studie je zaměřená na axisymetrickou pulzní trysku při zachování relativně nízkých Reynoldsových čísel a její fyzikální podstatu, která dosud nebyla zcela vysvětlena. Hlavním cílem práce bylo prozkoumat a zhodnotit vliv přidání periodického komponentu rychlosti ke stacionární složce rychlosti. Nejdříve byl řešen stacionární případ, poté byla do simulace přidána pulzace a byla vytvořena nestacionární simulace. Numerické řešení stacionárního případu bylo ověřeno pomocí asymptotického řešení, které předložil Hermann Schlichting [44]. Přesnost tohoto analytické řešení byla opravena na základě experimentálních poznatků Andradeho a Tsiena [1]. Pomocí této korekce je zmenšena oblast singularity řešení v blízkosti počátku proudění. Z matematického pohledu se v podstatě jedná korekcí prvního řádu, což bylo dokázáno Revueltou a spol [36]. Samotné analytické řešení bylo vytvořeno v MATLABu zatímco pro numerické řešení byl použit software Ansys Fluent. Při numerické simulaci byly Navier-Stokesovi rovnice integrovány ve své plné formě za pomoci algoritmu založeném na tzv. rovnici korekce tlaku. Pulzační tryska byla poté řešena pro různé parametry tak, aby bylo možné zhodnotit vliv jednotlivých parametrů na evoluci takto modulovaného proudu. Nakonec byla posouzena možná aplikace pulzních trysek v průmyslu s ohledem na možnost snížení emisí v průběhu spalovacího procesu.

Die Verarbeitung von Folien auf Schneid und Wickelmaschinen erzeugt je nach verwendetem Material Schneidstaubpartikel, welche die Produktqualität herabsetzen können. Um eine hohe Qualität sicherzustellen, wird der Schneidstaub in unmittelbarer Nähe zu seiner Entstehung durch spezielle Absaugungsvorrichtungen entfernt. Versuche haben jedoch gezeigt, dass trotz hoher Absaugleistung bei bestimmten Prozessparametern ein Teil der Partikel nicht erfasst wird. Daher wird im Anschluss an eine Erhebung der bestehenden Systemgrößen ein Modell der Absaugdüse mittels numerischer Simulation auf ihre Eignung zur Partikelentfernung untersucht. Die Untersuchung zeigt, dass bei der Auslegung der Düse eine Berücksichtigung der auf der Folie entstehenden Grenzschicht zwingend erforderlich ist. Um eine zuverlässige Absaugung aller Schneidstaubpartikel auch bei extremen Prozesseinstellungen sicherzustellen, werden weitere Untersuchungen und Anpassungen erforderlich.