Mechanical Engineering Commons^™

Development Of An Integrated Microfluidic System For Cell Sorting And Trapping—Considering Sorting Efficacy And Cell Viability, Thammawit Suwannaphan

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

This study is divided into two phases. The first phase is about the investigation of cell viability and damage of white blood cells after sorting in both a spiral microchannel and contraction and expansion array (CEA) at appropriate flow rates for cell separation. Three techniques such as Trypan Blue staining, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Wright-Giemsa staining are employed in the experiments. After flowing the sample through a whole setup of spiral microchannel at 2 ml/min, 85% of cells are viable while 30% of cells are significantly deformed and 2% of cells are seriously damaged in their intracellular structures. In …

ผลกระทบของมุมของหลุมจุลภาครูปร่างสี่เหลี่ยมข้าวหลามตัดในการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อ, ธนภัทร ชุนฟ้ง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การศึกษานี้แบ่งออกเป็นสองวัตถุประสงค์หลัก วัตถุประสงค์แรกเป็นการศึกษาผลกระทบของมุมของหลุมจุลภาครูปร่างทรงพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมข้าวหลามตัดทั้ง 3 รูปร่างคือ มุมแหลม (66 องศา) มุมด้านเท่า (90 องศา) และมุมป้าน (106 องศา) ต่อการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อสำหรับการเลี้ยงที่ใช้การไหลแบบต่อเนื่อง โดยแต่ละหลุมจุลภาควางเรียงชิดกันเพื่อลดพื้นที่ว่างไม่ให้เซลล์ไปเกาะหรือเกิดการสูญเสียเซลล์ไป ในบริเวณก้นหลุมจุลภาคมีทรงกระบอกรัศมี 450 ไมโครเมตร ติดตั้งอยู่ ซึ่งเป็นตำแหน่งที่จะเกิดการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อขึ้น และทำให้ความลึกรวมทั้งหมดของหลุมจุลภาคเท่ากับ 550 ไมโครเมตร ในการทดลองได้ใช้อัตราการไหลเท่ากับ 10 ไมโครลิตรต่อชั่วโมง ทั้งจากผลการคำนวณ และผลการทดลองพบว่า ในกรณีหลุมจุลภาคที่มีมุม 66 องศา ของไหลที่ไหลผ่านหลุมมีการเบี่ยงเบนทิศทางเข้าสู่กึ่งกลางหลุมมากกว่าหลุมแบบอื่น และน่าจะทำให้เกิดการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อของเซลล์ลำบาก เพราะถูกรบกวนจากของไหลค่อนข้างสูง ในกรณีหลุมจุลภาคที่มีมุม 90 องศา ของไหลมีการเบี่ยงเบนทิศทางเข้าสู่กึ่งกลางลดลง ทำให้มีการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อหลุมจุลภาคมีมุม 106 องศา ของไหลมีการเบี่ยงเบนทิศทางเข้าหากึ่งกลางหลุมน้อยลงมาก ทำให้เซลล์บางส่วนไม่ถูกพัดพามารวมกันที่บริเวณก้นหลุมทรงกระบอก โดยเซลล์บางส่วนติดอยู่บนบริเวณผนังด้านข้าง ทำให้การสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อลดต่ำลง ดังนั้นผลการศึกษาจึงบ่งชี้ว่าหลุมจุลภาคทรงพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมข้าวหลามตัดมุม 90 องศา มีความเหมาะสมที่สุดในการสร้างกลุ่มเซลล์คล้ายเนื้อเยื่อ นอกจากนั้น ผลการทดลองยังแสดงให้เห็นด้วยว่าอัตราการรอดชีวิตของเซลล์มีแนวโน้มดีกว่าหลุมจุลภาคแบบอื่นอีกด้วย วัตถุประสงค์ที่สองคือการสร้างระบบของไหลจุลภาคที่ใช้ต้นทุนต่ำ และรวดเร็ว โดยการสร้างแม่พิมพ์ด้วยการพิมพ์สามมิติด้วยเรซิ่น สำหรับการพิมพ์สามมิติจะทำให้สร้างแม่พิมพ์ที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนมากได้ แต่ขนาดที่เล็กสุดยังจำกัดอยู่ และความแข็งแรงทางกล และความทนทานต่อความร้อนไม่ดีนัก อย่างไรก็ตาม วิธีการที่พัฒนาที่ขึ้นสามารถใช้งานได้ดีในการหล่อสารพอลิไดเมทิลซิโลเซนสำหรับระบบของไหลจุลภาค ซึ่งใช้งานอย่างมากในงานวิจัยทางด้านนี้

การศึกษาการใช้พลังงานของระบบปรับอากาศแบบแยกส่วนสำหรับร้านสะดวกซื้อ, ไกรวิชญ์ เศาภายน

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัจจุบันประชากรในประเทศไทยนิยมเลือกใช้บริการร้านสะดวกซื้อมากขึ้น เนื่องจากร้านสะดวกซื้อมีทำเลที่ตั้งที่เข้าถึงได้อย่างสะดวกรวดเร็วเหมาะสมกับการใช้ชีวิตประจำวัน ดังนั้นการเลือกระบบปรับอากาศที่มีความเหมาะสมกับร้านสะดวกซื้อจึงเป็นสิ่งที่สำคัญในเรื่องการจัดการการใช้พลังงานของร้านสะดวกซื้อ งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายในการวิเคราะห์การใช้พลังงานของระบบปรับอากาศแบบแยกส่วนสำหรับร้านสะดวกซื้อ ซึ่งเป็นระบบปรับอากาศที่พบว่ามีการใช้งานภายในร้านสะดวกซื้อเป็นส่วนใหญ่ในสภาพอากาศแบบร้อนชื้น โดยการเปรียบเทียบการใช้พลังงานของค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ในลักษณะของค่าเฉลี่ย ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ กำลังไฟฟ้า และการใช้พลังงาน สามารถแบ่งการวิเคราะห์การใช้พลังงานได้ 2 รูปแบบ คือ การวิเคราะห์การใช้พลังงานในแต่ละโซนอุณหภูมิและการวิเคราะห์การใช้พลังงานในแต่ละเดือนของร้านสะดวกซื้อ ในการคำนวณการทำงานของระบบปรับอากาศตลอดทั้งปีนั้นจะใช้โปรแกรม EnergyPlus และโปรแกรม Openstudio โดยจะทำการจำลองพลังงานของระบบปรับอากาศสำหรับร้านสะดวกซื้อ โดยตัวอาคารแห่งนี้มีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า อาคารเดี่ยว 1 ชั้น ติดตั้งระบปรับอากาศแบบแยกส่วนอยู่ภายในทั้งหมด 4 เครื่อง ในการสร้างโมเดลของร้านสะดวกซื้อจำลองแห่งนี้อ้างอิงจากแบบพิมพ์เขียวของร้านสะดวกซื้อและสร้างขึ้นโดยโปรแกรม SketchUp โดยนำข้อมูลสภาพอากาศที่ใช้ในการจำลองพลังงานจากกรมอุตุนิยมวิทยา สำหรับวัตถุประสงค์ในการเปรียบเทียบการใช้พลังงานของระบบปรับอากาศแบบแยกส่วน จะใช้ข้อมูลแผ่นข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์ที่อยู่ในระบบปรับอากาศที่มีการติดตั้งและใช้งานจริง ผลของการเปรียบเทียบค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ จากการแบ่งโซนอุณหภูมิ 8 ตำแหน่ง สามารถสรุปได้ 3 กลุ่ม คือ โซนที่อยู่บริเวณด้านหน้า ตรงกลาง และด้านหลังของร้านสะดวกซื้อ ซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งการติดตั้งเครื่องปรับอากาศ พบว่า บริเวณจุดอับลมมีสัดส่วนการใช้พลังงานสูงที่สุดคิดเป็นร้อยละ 28.1 และ 28.7 และสัดส่วนการใช้พลังงานตลอดทั้งปีของอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้แก่ เครื่องปรับอากาศแบบแยกส่วน ตู้เย็น อุปกรณ์ต่าง ๆ และระบบแสงสว่าง คิดเป็นร้อยละ 15.8 39.5 22.3 และ 22.4 ตามลำดับ ถึงแม้จะพบว่าสัดส่วนการใช้พลังงานของระบบปรับอากาศแบบแยกส่วนมีค่าน้อยที่สุด แต่ก็ยังส่งผลกระทบต่อโซนอุณหภูมินั้น ๆ อีกด้วย โดยการใช้พลังงานโดยรวมของร้านสะดวกซื้อในเดือนมีนาคมมีค่ามากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบตลอดทั้งปี นอกจากนี้การใช้พลังงานโดยรวมในแต่ละโซนอุณหภูมิต่อพื้นที่ใช้งานจริงสำหรับพื้นที่ปรับอากาศและสำหรับพื้นที่ทั้งหมดของร้านสะดวกซื้อตลอดทั้งปี มีค่าเท่ากับ 429.32 และ 403.22 kWh/m2 ตามลำดับ และยังพบว่า เดือนมีนาคมมีค่ามากที่สุด เท่ากับ 34.90 kWh/m2 ซึ่งมีความสอดคล้องกับการวิเคราะห์ผลการใช้พลังงานในแต่ละเดือนของร้านสะดวกซื้อแห่งนี้อีกด้วย

การประมาณปริมาตรของมันสำปะหลังโดยใช้กล้อง Rgb-D, ชนิกานต์ บัญชาจารุรัตน์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

มันสำปะหลังเป็นพืชที่ปลูกง่ายและปลูกเป็นจำนวนมากในประเทศไทย เครื่องมือที่เกี่ยวข้องในการตรวจวัดคุณภาพมันสำปะหลังหลังการเก็บเกี่ยวจนไปถึงก่อนแปรรูปที่ใช้ในปัจจุบันเป็นเครื่องมือที่ใช้หลักการวัดทางกลพื้นฐานและใช้ความรู้สึกของผู้ประเมินร่วมด้วย ทำให้มีโอกาสที่จะได้ผลประเมินที่ไม่เป็นความจริง วิทยานิพนธ์นี้เสนอแนวทางการตรวจวัดคุณภาพมันสำปะหลังในห่วงโซ่อุปทานโดยใช้กล้อง Kinect ซึ่งเป็นกล้อง RGB-D ถ่ายรูปภาพของหัวมันสำปะหลังเพื่อหาปริมาตรของมันสำปะหลัง การศึกษาทำโดยถ่ายภาพมันสำปะหลังพันธุ์เกษตรศาสตร์ 50 จำนวน 90 ตัวอย่างแล้วนำมาวิเคราะห์หาปริมาตรด้วยโปรแกรม MATLAB และใช้วิธีการประมาณปริมาตรมันสำปะหลัง 2 วิธีได้แก่ การประมาณปริมาตรโดยใช้ Depth image และการประมาณปริมาตรโดยใช้ Point Cloud image ทั้งสองวิธีการนี้มีพื้นฐานมาจากการหาปริมาตรของรูปทรงเรขาคณิต ผลการหาปริมาตรของมันสำปะหลังจากการประมาณด้วยวิธีการ depth image และวิธีการ point cloud image เมื่อนำมาพล็อตกับปริมาตรของมันสำปะหลังที่ได้จากวิธีการแทนที่น้ำให้ค่าความคลาดเคลื่อน RMSE เท่ากับ 66.94 มิลลิลิตรและ 41.4 มิลลิลิตร หรือคิดเป็นร้อยละ 21.12 และ 13.06 ตามลำดับเมื่อเทียบกับค่าเฉลี่ยของปริมาตรของหัวมันสำปะหลังจากวิธีการแทนที่น้ำ และค่า R-squared ที่ได้จากการประมาณทั้งสองวิธีมีค่า 0.9561 และ 0.9626 ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าการประมาณปริมาตรหัวมันสำปะหลังด้วยวิธีการใช้รูป point cloud จะดีกว่าจากค่า R-squared ที่มากกว่าและค่า RMSE ที่น้อยกว่า ปริมาตรของมันสำปะหลังที่ประมาณด้วยรูปถ่ายนี้สามารถนำไปประยุกต์หาเปอร์เซ็นต์แป้งมันสำปะหลังได้

การใช้หุ่นยนต์หลายตัวทำงานผ่านระบบเครือข่ายเพื่อขนส่งแผงโซล่าเซลล์, จิราภา ธีรศรัณย์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ระบบหุ่นยนต์หลายตัวส่วนใหญ่ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานหรือถูกนำมาใช้เมื่อไม่สามารถทำงานด้วยหุ่นยนต์ตัวเดียวได้ วิทยานิพนธ์ฉบับนี้กล่าวถึง ระบบหุ่นยนต์หลายตัวสำหรับขนส่งแผงโซล่าเซลล์ที่มีขนาดใหญ่ซึ่งไม่สามารถขนส่งด้วยหุ่นยนต์ตัวเดียวได้ ซึ่งจะเป็นการขนส่งโดยใช้หุ่นยนต์ 2 ตัวในการขนส่ง หุ่นยนต์แต่ละตัวนั้นจะเคลื่อนที่อยู่ภายในรางและเคลื่อนที่ในแนวตรง การควบคุมการเคลื่อนที่ระหว่างหุ่นยนต์เป็นการควบคุมความเร็วในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ให้อยู่ในระดับเดียวกันผ่านการวัดมุมที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ 2 ตัวด้วยการติด Encoder วัดมุมด้านบนตัวหุ่นยนต์ที่อุปกรณ์จับแผงโซล่าเซลล์ การควบคุมดังกล่าวจะช่วยลดระยะความต่างของระยะห่างที่หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามกัน นอกจากนี้ระบบหุ่นยนต์ได้รับการพัฒนาระบบการสื่อสารไร้สายด้วยเครือข่ายไร้สาย Mesh network เพื่อช่วยพัฒนาการเคลื่อนที่ให้ดียิ่งขึ้นด้วยการส่งข้อมูลสถานะการเคลื่อนที่เพื่อให้หุ่นยนต์ทั้ง 2 ตัวรับทราบการเคลื่อนที่ ณ เวลานั้น ๆ และจากการทดลองทั้งหมดพบว่า ระยะที่หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามกันมีระยะไม่เกิน 3 เซนติเมตร

Picking-And-Placing Food With Vacuum Pad And Soft Gripper For Industrial Robot Arm, Wiwat Tulapornpipat

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Human with different conditions such as disease, allergy, gender, ethnicity, or religion need different types of food. Nowadays, people prefer to choose diet based on nutrition value over price such as composition of food or the impact on body, so personalized or customized food could potentially be a big market in few years. With this aspect, the assembly robot becomes a good choice in the food industry to produce the small amount of packed meal with highly adjustable ingredients to match with the requirements. With the automation system, the cooking process is faster, cheaper and safer, yet coming with good …

On Geometric Design Rules And In-Process Build Quality Monitoring Of Thin-Wall Features Made Using Laser Powder Bed Fusion Additive Manufacturing Process, Aniruddha Gaikwad

Department of Mechanical and Materials Engineering: Dissertations, Theses, and Student Research

The goal of this thesis is to quantify the link between the design features (geometry), in-process signatures, and build quality of parts made using the laser powder bed fusion (LPBF) additive manufacturing (AM) process. This knowledge is the foundational basis for proposing design rules in AM, as well as for detecting the impending build failures using in-process sensor data.

As a step towards this goal, the objectives of this work are two-fold:

1) Quantify the effect of the geometry and orientation on the build quality of thin-wall features. To explain further, the geometry related factor is the ratio of the …

Real-Time Instance Segmentation And Point Cloud Extraction For Japanese Food Using Rgb-D Camera, Suthiwat Yarnchalothorn

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Innovation in technology is playing an important role in the development of food industry, as is indicated by the growing number of food review and food delivery applications. Similarly, it is expected that the process of producing and packaging food itself will become increasingly automated using a robotic system. The shift towards food automation would help ensure quality control of food products and improve production line efficiency. One key enabler for such automated system is the ability to detect and classify food object with great accuracy and speed. In this study, we explore real-time food object segmentation using RGB-D depth …

Peridynamic Approaches For Damage Prediction In Carbon Fiber And Carbon Nanotube Yarn Reinforced Polymer Composites, Forrest E. Baber

Theses and Dissertations

Aerospace structures are increasingly utilizing advanced composites because of their high specific modulus and specific strength. While the introduction of these material systems can dramatically decrease weight, they pose unique certification challenges, often requiring extensive experimental testing in each stage of the design cycle. The expensive and time-consuming nature of experimental testing necessitates the advancement of simulation methodologies to both aid in the certification process and assist in the exploration of the microstructure design space.

Peridynamic (PD) theory, originating from Sandia National Lab’s in the early 2000’s, is a nonlocal continuum-based method that reformulates the equation of motion into an …

Strategies And Devices For Improving Respiratory Drug Delivery To Infants And Children With Cystic Fibrosis, Karl Bass

Theses and Dissertations

Cystic Fibrosis (CF) is a degenerative disease, which causes thickening of the airway surface liquid and reduced mucociliary clearance, which provides an ideal habitat for bacterial infections. Early treatment of CF in children can prevent chronic infection, improve quality of life, and increase life expectancy. The most predominant bacteria found in CF-diseased lungs is Pseudomonas aeruginosa (Pa), which can be treated with inhaled tobramycin. Excipient enhanced growth (EEG) powder formulations are well suited for administering tobramycin to children, as the EEG approach provides minimal upper airway loss and targeted drug delivery. This method uses an initially small aerosol for high …

Sound Propagation In Viscous Flows Using Piezoelectric Sensors And Non-Destructive Propagation Techniques And Its Applications, Ahmed M. Abdulkareem

Theses and Dissertations

Structural non-destructive evaluation techniques are applied to viscous flows to detect fluid property changes. The main operating principle consists of an actuator which provides a stimulus, and a sensor to receive a signal traveling to a fluid domain. The main challenge of the operating principle consists of investigating waves traveling in a viscous flow. Traveling waves utilizing a piezoelectric actuator-sensor pair are modeled and the results are validated experimentally. ANSYS models, coupled with a two-way fluid-solid interaction model, are built to investigate how far a signal travels and what frequency ranges are of interest. The numerical model includes modeling three …

Electrification Of Domestic Hot Water To Aid The Integration Of Renewable Energy In The California Grid, Alejandro Cervantes

Cal Poly Humboldt theses and projects

Water heating in residential buildings, also known as domestic hot water (DHW), is the third largest use of energy after appliances and space conditioning. About 90% of the residential buildings in the state use natural gas fueled water heaters, 6% use electricity, and a small percent use liquefied petroleum gas (LPG) or solar water heaters. The current energy use associated with residential water heating is small relative to the total amount of energy consumption in the residential building sector, but it is still a contributor of greenhouse gas (GHG) emissions. Improving hot water systems can be beneficial for bill customer …

Carbon-Based Interlayers In Perovskite Solar Cells, Aleksandr P. Litvin, Xiaoyu Zhang, Kevin Berwick, Anatoly V. Fedorov, Weitao Zheng, Alexander V. Baranov

Articles

Perovskites are solution-processed, high-performance semiconductors of interest in low-cost photovoltaics. The interfaces between the perovskite photoactive layers and the top and bottom contacts are crucial for efficient charge transport and minimizing trapping. Control of the collection of charge carriers at these interfaces is decisive to device performance. Here, we review recent progress in the realization of efficient perovskite solar cells using cheap, easily processed, stable, carbon-based interlayers. Interface materials including graphene, carbon nanotubes, fullerenes, graphene quantum dots and carbon dots are introduced and their influence on device performance is discussed.

3.8 Mm Thick Aluminum 5754-O Friction Stir Weld Data, Johnathon Hunt, Yuri Hovanski, Brian A. Mazzeo, Carl Sorensen

ScholarsArchive Data

The data sets that are included are the following:

1) Raw measured data for 30 friction stir welds made from 5754-O aluminum alloy. (matlab .m file)

2) Radiographic images of the same welds.

(.tiff images)

3) Cross sectional images at certain location from some of the welds

(.jpeg)

4) An excel spread sheet that has a key to the data

Environmental Advantages In Additive Manufacturing, Analise Walter, Cheryl Marcham

Publications

Additive Manufacturing (AM) is a technology that uses a variety of methods to ultimately apply layers of material and create products (Ford & Despeisse, 2016; Ford, Mortara & Minshall, 2016). Although there has been an expansion in recent technology, AM has been used in manufacturing for a few decades (Ford, Mortara, et al., 2016). Since the late 1980s, AM has grown from simple product designs, with a focus on prototyping and customization, to modern times with billions of dollars in revenue and large-scale production of consumer and industrial products (Cotteleer, 2014). Forecasts showed a near $10 billion market by 2020, …

Thermal Performance Of Sierpinski Carpet Fractal Fins At Various Angles Of Inclination In A Natural Convection Environment, Haidar Jamil Khalil

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

As technology advances, higher performance cooling systems are desired to meet numerous thermal management challenges. Extended surfaces, also known as heat sinks or fins, are commonly used to passively dissipate unwanted heat from mechanical and electrical systems. Fractal fins in accordance with the first four iterations (including a base iteration) of the Sierpinski carpet, manufactured from AL-5052, were studied along seven different inclinations from 0° (orientated perpendicular to the direction of gravity) to 90° (orientated parallel to the direction of gravity), in iterations of 15°. The purpose of study was to investigate the thermal performance of the first four fractal …

Hydrokinetic Turbine Composite Blades And Sandwich Structures: Damage Evaluation And Numerical Simulation, Mokhtar Fal

Doctoral Dissertations

“Composite materials are gaining interest due to their high strength to weight ratio. This study deals with both experimental and numerical approaches to cover the aspects of the failure of composite materials in hydrokinetic turbine applications. In Part I, the location and magnitude of failure in the horizontal axis water turbine carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composite blades with different laminate stacking sequences were investigated. Two lay-up orientations were adopted for this work ([0⁰]₄ and [0⁰/90⁰]_2s). A finite element analysis model was generated to examine the stresses along the blade. Five angles were introduced to study the effect …

Arising: Hurricane (Superstorm) Sandy’S Impact On Design/Planning Professionals, Maxinne R. Leighton

Antioch University Dissertations & Theses

Standing by my bedroom window, looking out at the ocean, a huge wave comes and swallows up my building. Everything around me is gone, including me. I wake up. I am 13 years old and living in the Coney Island Houses on Surf Avenue, Brooklyn, New York. With ongoing anthropogenic changes to the natural environment such as sea level rise and intensifying storms, coastal communities, especially ones segregated by class and culture, are particularly vulnerable in this context that challenges a way of life, and in some instances, threatens that life's survival. This dissertation focuses specifically on what one massive …

Topological Wave Insulators: A Review, Farzad Zangeneh-Nejad, Andrea Alù, Romain Fleury

Advanced Science Research Center

Originally discovered in condensed matter systems, topological insulators (TIs) have been ubiquitously extended to various fields of classical wave physics including photonics, phononics, acoustics, mechanics, and microwaves. In the bulk, like any other insulator, electronic TIs exhibit an excessively high resistance to the flow of mobile charges, prohibiting metallic conduction. On their surface, however, they support one-way conductive states with inherent protection against certain types of disorder and defects, defying the common physical wisdom of electronic transport in presence of impurities. When transposed to classical waves, TIs open a wealth of exciting engineering-oriented applications, such as robust routing, lasing, signal …

Characterizing Premixed Syngas Combustion In Micro-Channels, Sunita Pokharel

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Increasing demands in the next-generation portable power-generation devices such as unmanned aerial vehicles (UAV), microsatellite thrusters, micro-chemical reactors and sensors calls for fuels with high specific energy and low emissions to meet the current demand of green energy. Fuel-lean synthesis gas (syngas) meets both these requirements exhibiting a promising route to a clean and green environment. Thus, it is of critical importance to characterize syngas combustion and understand its properties in the micro-combustion industry. In addition to complicated flame dynamics in microscale systems, varying the syngas-fuel mixture composition as well as the boundary conditions and geometry of a combustor significantly …

Development Of An Activity-Based Windowing Approach To Evaluate Real-World Nox Emissions From Modern Medium And Heavy-Duty Diesel Trucks, Rasik Pondicherry

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

The introduction of in-use emissions regulations by the United States Environmental Protection Agency (U.S.EPA) requires medium-duty (MD) and heavy-duty (HD) engine manufacturers to demonstrate emissions compliance during in-fleet operation. In the United States (U.S.), the Not-to-Exceed (NTE) method is used to evaluate real-world emissions compliance from on-highway MD and HD trucks. Regulatory agencies, engine manufacturers and research entities have identified that the NTE method incorporates numerous exclusions and evaluates emissions compliance only under selective operating conditions that are favorable for the selective catalytic reduction (SCR) system to reduce oxides of nitrogen (NOx) emissions efficiently. Such operation is typically encountered only …

Literature Review On Modeling Of Density Difference Pumping Strategy For Geothermal Applications, Lucas A. Ware

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

The utilization of geothermal ground heat sources has been demonstrated at both large and small scales across the world. However, methods of extraction of the hot working fluids are often a source of energy inefficiency and high capital expense. Current techniques to extract geothermal fluids rely on mechanically and electrically driven down-hole components that require maintenance on a regular basis. In providing a solution, one approach that reduces complexity, decreases maintenance, and allows access to fluids at greater depth is an airlift approach. The airlift approach relies on injection of gas at a depth within a geothermal well to lift …

Study On Comprehensive Mechanical Properties Of Metallic Matrix Cnt Nano-Composites, Shutao Song

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

Carbon nanotubes (CNT) have excellent mechanical strengths, electrical conductivity, and thermal conductivity. CNT reinforced metallic nano-composites are viewed as a great candidate to replace traditional alloy materials. It has been shown that CNTs can greatly enhance the strength, thermal conductivity, and electrical conductivity of composites. However, the ductility of composites would deteriorate due to the addition of CNTs if the fabrication or/and processing methods are not improved or well designed. This dissertation investigated (1) the strengthening mechanisms of CNT on metallic matrix, such as mechanical strength and thermal conductivity, and (2) analytical modeling on the strength-ductility trade-off of CNT reinforced …

Multi-Species Measurements At High Temperatures Using Advanced Mid-Infrared Laser Schemes, Zachary Loparo

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

High-temperature reacting systems are central to many fields including propulsion, power generation, and transportation. Studying such systems requires the use of experimental facilities such as shock tubes to obtain the relevant high temperature conditions, and non-intrusive diagnostic tools for monitoring parameters of interest in the reaction zone, including temperature and species concentration time-histories. Laser absorption spectroscopy offers high-speed, in-situ measurements of the reacting flow field and provides direct measurements of species concentrations and temperature. Applying absorption spectroscopy via different diagnostic strategies enables tailored measurements of these parameters across a variety of combustion systems for chemical kinetic model refinement and enhancing …

Cell Encapsulation In Microfluidic Channels, Mohammad Nooranidoost

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

Droplet Microfluidics can be utilized to control the production of single droplets and double emulsions in biomedical application. This dissertation analyzes the droplet formation in hydrophobic and hydrophilic microchannels, encapsulation of cells in flow-focusing channels, and deformation of cell-laden droplets in constricted microcapillaries. The formation of droplets is studied in hydrophobic and hydrophilic channels in order to investigate the role of contact angle on flow structures and droplet generation patterns. In the hydrophobic case, stable and well-structured droplet and slug generation is achieved. However, the flow structure in the hydrophilic case significantly depends on contact angles of the walls. A …

Engineering The Surface Chemistry And Surface Conditions To Optimize The Heat Removal Rate Of Various Surfaces, Thomas Germain

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

As the demand for more powerful and smaller electronics rise, the need for creative cooling solutions to prevent burnout becomes increasingly paramount. In response to recent cooling needs, new cooling techniques, such as jet impingement cooling, spray cooling, and heat pipes, have risen in popularity for their simple design and efficiency in thermal transport. This interest has risen in both industry and academia, where research has been conducted to optimize the heat transfer performance for these systems and how these systems can be implemented in new technologies. One method that has risen in interest is affecting the surface, through physical …

Experimental, Analytical And Computational Analyses Of Linear And Radial Shape Memory Alloy Helical Actuators, Ryan Puchaty

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

As access to Shape Memory Alloys (SMAs) has expanded beyond their use as linear wires, the need for characterizing more complex forms that account for the effects of multi-axial stress, strain, and displacement has become increasingly important in actuator design. The novel uses of SMA actuators have also moved the devices into previously unexplored loading conditions, where established theory does not adequately model the real behavior. This work seeks to alleviate some of these issues by addressing problems with the most common multi-axial stress devices: helical springs. New applications are requiring high forces in small spaces, where SMAs' high work …

Seismocardiographic Signal Variability And Pulmonary Phase Detection In Adults, Md Khurshidul Azad

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

Cardiovascular disease is one of the leading causes of mortality in the world. Early detection and intervention can significantly improve disease management and patient quality of life. Current methods of evaluating cardiac function often involve history and physical examination (including stethoscope auscultation), electrocardiograms (ECG), echocardiogram imaging, computed tomography, and various blood tests. Seismocardiographic signals (SCG) are the chest surface vibrations resulting from cardiomechanical activity. SCG may be recorded using accelerometers and can be used for monitoring and predicting cardiac health. SCG's potential utility may be impeded by its spatial, postural, respiratory, and longitudinal variability. In this dissertation, the SCG variability …

High-Speed Interferometry And Visible Videography For Meniscus Curvature Analysis During Anisotropic Hemiwicking, John Bal

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

Recent advancements in microelectronics have increased the need for thermal management systems capable of high heat flux dissipation within significant spatial constraints. One method of increasing local heat fluxes is the fabrication of superhydrophilic materials via micro/nanostructuring of the surface. Superhydrophilic surfaces act in a self-pumping capacity, spreading fluid beyond its intrinsic meniscus length to form thin-films, a process known as "hemiwicking", with practical applications in evaporative cooling, as well as flow, pool, and thin-film boiling. Of particular interest is anisotropic hemiwicking via asymmetric microstructuring. The microscopic asymmetricity of the design induces a macroscopically preferred direction of wicking, which has …

Supercritical Co2 Heat Transfer Study Near Critical Point In A Heated Circular Pipe, Akshay Khadse

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

Supercritical CO2 (sCO2) power cycle is an up-and-coming technology to produce electricity from various heat sources. Apart from power cycles, sCO2 can also be used as coolant in centralized cooling system and stand-alone cooling device. However, lack of accurate predication tools such as heat transfer coefficient correlations and insufficient knowledge behind fundamental heat transfer processes can hinder its practical realization in key energy and cooling systems. The overall objective of the study is to extend fundamental knowledge about heat transfer and fluid flow processes in conduits pertinent to sCO2 power cycle. The emphasis here is investigation of heat transfer effects …