This thesis presents an experimental investigation of forced convective heat transferin additively manufactured (AM) cooling channels representative of Siemens Energyturbine components. A closed-loop water rig with Joule-heated stainless-steel test objects was reconstructed, redesigned and validated to measure global and local Nusseltnumbers and Darcy friction factors over a Reynolds number range of approximately5 ×102 ≲ Re ≲ 2×104 and Prandtl numbers 4 ≲ Pr ≲ 9. The primary focusis on the accurate evaluation of the global Nusselt number and its dependence onReynolds number, Prandtl number and AM-induced surface roughness.

The new rig combines high-precision mass-flow, pressure and temperature measurements with an automated post-processing framework in Star-CCM+. A solid-onlyconjugate heat-transfer model with temperature-dependent thermal and electricalconductivities is driven by a JavaScript controller, which iteratively matches simulated wall temperatures and electrical power to the experimental data. This redundant use of electrical and thermal energy balances allows consistent extraction ofsegment-wise heat-transfer coefficients, local and global Nusselt numbers, and friction factors. The system is first validated using a smooth stainless steel referencetube, demonstrating good agreement with the Colebrook–White friction correlationand the Gnielinski Nusselt correlation within their reported uncertainty bands.

Subsequently, a 2×2 mm AM stainless-steel square channel is tested at four Prandtlnumbers. The results show clear roughness-induced increases in both Darcy friction factor and Nusselt number in the transitional and turbulent regimes, while thelaminar regime remains close to smooth-pipe behaviour. Entrance-region (thermalnotch) effects are shown to be significant for short heated lengths and are carefullyaccounted for in the interpretation of the data. A comprehensive error and uncertainty analysis, including Taylor-series error propagation and sensitivity studies onpressure-tap and temperature-probe placement, yields a total relative uncertaintyin the averaged Nusselt number of about 6 % and in the Darcy friction factor ofabout 15 %. Overall, the work establishes a validated experimental and numerical framework for characterising rough-wall heat transfer in AM cooling channels andprovides a basis for future correlation development and design optimisation.

Denna avhandling behandlar ett experimentellt arbete kring tvingad konvektiv värmeöverföring i additivt tillverkade (AM) kylkanaler representativa för Siemens Energys turbinkomponenter. En sluten vattenrigg med jouleuppvärmda rostfria provkroppar har rekonstruerats, vidareutvecklats och validerats för att mäta globala och lokala Nusselt-tal samt Darcy-friktionsfaktorer i intervallet ungefär 5×102 ≲ Re ≲ 2×104och 4 ≲ Pr ≲ 9. Huvudfokus ligger på en noggrann bestämning av det globala Nusselt-talet och dess beroende av Reynolds tal, Prandtl tal och AM-induceradytjämnhet.

Den nya riggen kombinerar högupplösta mätningar av massflöde, tryckfall och temperatur med ett automatiserat efterbehandlingsverktyg i Star-CCM+. Endast densolida delen modelleras med stationär konjugerad värmeledning, där värme- och elledningstal är temperaturberoende. En JavaScript-styrd lösare justerar iterativt strömmen och lokala värmeövergångstal så att de beräknade väggtemperaturerna och den numeriska elektriska effekten överensstämmer med experimentet. Genom att utnyttja både elektrisk och termisk energibalans kan segmentvisa värmeövergångstal, lokala och globala Nusselt-tal samt friktionsfaktorer tas fram på ett konsistent sätt. Systemet valideras först med ett slätt rostfritt referensrör, vilket visar god överensstämmelse med Colebrook–White-korrelationen för friktion och Gnielinskis Nusseltkorrelation inom deras angivna osäkerhetsband.

Därefter testas en kvadratisk AM-kanal i rostfritt stål (2 × 2 mm) vid fyra olika Prandtl-tal. Resultaten visar tydliga grovhetsinducerade ökningar av både Darcyfriktionsfaktorn och Nusselt-talet i det transitionella och turbulenta området, medan det laminära området ligger nära slättrörsbeteende. Inloppseffekter («thermalnotch») är betydande för kort uppvärmd längd och beaktas noggrant vid tolkningen av data. En omfattande fel- och osäkerhetsanalys, baserad på felpropagering med Taylors utveckling samt känslighetsstudier av tryckuttag och temperaturgivarnas placering, ger en total relativ osäkerhet i det medelvärdesbildade Nusselt-talet på cirka6 % och i Darcy-friktionsfaktorn på cirka 15 %. Sammantaget etablerar arbetet ett validerat experimentellt och numeriskt ramverk för karakterisering av grovväggig värmeöverföring i AM-kylkanaler och utgör en grund för framtida korrelationsutveckling och konstruktionsoptimering.