Bankruptcy anomaly eetection with residual deep compressive autoencoder

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Phase change material (PCM) offers strong potential for PCM cooling systems but suffers from low thermal conductivity, high viscosity, and thermal stratification, limiting heat transfer performance. To address these limitations, this study investigates bubble-driven flow as an active convective enhancement method and examines its influence on local bubble–PCM interactions and system-level melting behavior. In the first part, bubble–PCM interaction was analyzed by varying three bubble injection positions. Using shadowgraphy and PIV, bubble rising behavior, size, trajectory, and shape were characterized. Depending on injection position, bubbles rose either immediately or after coalescence, producing small elliptical, large elliptical, or jellyfish-like shapes, which were classified based on the d_eq/L_avg. Jellyfish-like bubbles appeared when d_eq/L_avg was larger than 0.64 and produced the strongest circulation, while small elliptical bubbles showed the highest rising velocity. Bubble injection near the heated wall generated cooperative flow with natural convection and most effectively disrupted the thermal boundary layer, demonstrating its strong advantage for enhancing convective heat transfer. In the second part, the melting behavior of a bubble-driven system was evaluated for different PCM height and width. Bubble injection strengthened internal circulation, suppressed thermal stratification, and accelerated melting. As the height increased, the upward–downward circulation structure remained similar, and the energy absorption rate converged. In contrast, horizontal expansion revealed a finite downward-flow reach (~70 mm). Beyond this limit, melting in the lower region slowed, reducing heat absorption improvement. Two nondimensional correlations were developed for bubble-driven and non-bubble-driven flow conditions. Additionally, the energy analysis showed up to 58.5% enhancement by bubble-driven flow while consuming less than 0.35% of the PCM stored energy. Overall, this work demonstrates that bubble-driven flow is an efficient and scalable method to mitigate thermal stratification and enhance heat transfer in PCM cooling systems, providing practical design guidelines for future PCM-based thermal management applications.

국문 초록 (Abstract)

상변화물질은 높은 잠열 저장 능력이라는 장점을 지니지만, 낮은 열전도율, 높은 점도, 열성층화와 같은 문제로 인해 열전달 성능이 제한된다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구는 기포 구동 유동을 능동형 대류 향상 기법으로 적용하고, 기포와 상변화물질 간 상호작용 및 시스템 단위의 용융 거동에 미치는 영향을 규명하였다. 첫 번째 단계에서는 기포와 상변화물질 간 상호작용을 분석하기 위해 기포 주입 위치를 변화시켰다. 음영법과 입자영상유속계와 같은 가시화 기법을 활용하여 기포의 상승 거동, 크기, 이동 경로, 형상을 분석하였다. 주입 위치에 따라 기포는 주입 즉시 상승하거나 응집된 후 상승하였고, 형태는 작은 타원형, 큰 타원형, 해파리형으로 분류되었으며, 이는 d_eq/L_avg를 기준으로 구분했다. 특히 d_eq/L_avg가 0.64보다 클 때 해파리형 기포가 형성되었으며 가장 강한 순환류를 유도한 반면, 작은 타원형 기포는 가장 높은 상승 속도를 나타냈다. 발열벽 근처에서 기포를 주입할 경우 온도 차에 의한 자연대류와 일치하는 도움유동이 형성되어 열경계층을 가장 효과적으로 교란시키며 대류 열전달 향상에 가장 큰 이점을 보였다. 두 번째 단계에서는 상변화물질의 높이와 폭을 변화시켜 기포 구동 시스템의 용융 특성을 평가하였다. 기포 주입은 내부 순환을 강화하고 열적 성층화를 억제하며 용융을 가속화하였다. 높이가 증가해도 상승–하강 순환 구조는 유사하게 유지되었고, 에너지 흡수율은 수렴하는 경향을 보였다. 반면, 수평 방향 확장 실험에서는 하강류의 도달 한계가 약 70 mm임이 확인되었고, 폭이 이를 초과할 경우에는 하단부 용융이 느려지며 열흡수 향상 효과가 감소하였다. 기포 구동/비구동 조건 각각에 대해 두 개의 무차원 상관식이 도출되었다. 에너지 분석 결과, 기포 구동에 의해 질량당 열 흡수율이 최대 58.5%까지 향상되는 반면 기포 주입에 필요한 에너지는 상변화물질 내 저장 에너지의 0.35% 미만이었다. 본 연구는 기포 구동 유동이 PCM 냉각 시스템에서 열적 성층화를 완화하고 열전달을 향상시키는 효율적이며 확장 가능한 방법임을 입증하였으며, 향후 PCM 기반 열관리 시스템 설계를 위한 실질적인 설계 가이드라인을 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1 Phase change material (PCM) 1
• 1.2 Heat transfer enhancement of the PCM 5
• 1.3 Bubble-driven flow 10
• 1.4 Purpose of the study 15
• Chapter 2. Fundamentals and methods 17
• 2.1 Theoretical background 17
• 2.2 Experimental setup 21
• 2.2.1 Physical properties 21
• 2.2.2 Instruments 24
• 2.2.3 Uncertainty 27
• 2.3 Visualization methods 29
• 2.3.1 Shadowgraphy 30
• 2.3.2 Particle image velocity (PIV) 32
• Chapter 3. Experimental study on bubble injection position 34
• 3.1 Background 34
• 3.2 Methodology 37
• 3.2.1 Mock-up 37
• 3.2.2 Working fluid 39
• 3.2.3 Bubble injection setup 41
• 3.2.4 Visualization setup 43
• 3.3 Results 47
• 3.4 Conclusion 65
• Chapter 4. Experimental investigation of the influence of geometry on convection enhancement in bubble-driven PCM system 67
• 4.1 Background 67
• 4.2 Methodology 72
• 4.2.1 Mock-up 72
• 4.2.2 Instruments 76
• 4.2.3 Visualization setup 79
• 4.2.4 Experimental data analysis 81
• 4.3 Results 84
• 4.3.1 Effect of the bubble-driven flow 84
• 4.3.2 Effect of height variation 95
• 4.3.3 Effect of width variation 105
• 4.3.4 Generalized correlation 117
• 4.3.5 Energy analysis 120
• 4.4 Conclusion 125
• Chapter 5. Conclusion 127
• References 129