Date of Award

2-2022

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Salahaddin Al-Omari

Second Advisor

Emad Elnajjar

Third Advisor

Fadi Al Naimat

Abstract

This dissertation is concerned with the utilization of mathematically architected Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) based lattices for Latent Heat Thermal Energy Storage (LHTES) systems. With the advent of Additive Manufacturing (AM), TPMS structures can be readily manufactured. The objective of this dissertation was to investigate the heat transfer performance of TPMS structures vis-à-vis conventional metal foams represented by Kelvin cells while both were impregnated with a Phase Change Material (PCM). Numerical simulations were performed under various boundary conditions to assess the performance. It was found that TPMS structures outperformed conventional metal foam. Moreover, the effects of boundary conditions (isothermal and isoflux), configuration (sheet and solid TPMS), porosity, and functional grading on the performance of TPMS structures were studied. This dissertation reported the utilization of TPMS structures for LHTES systems for the first time in the literature. The superiority of TPMS structures makes them potential candidates for utilization in various applications related to LHTES.

Arabic Abstract

تهتم هذه الرسالة باستخدام البنيات المصممة رياضيًا والتي تعتمد على الأسطح الدورية الثلاثية (TPMS) لأنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكامنة (LHTES). مع ظهور التصنيع الإضافي (Additive Manufacturing)، يمكن تصنيع هياكل TPMS بسهولة.

الهدف من هذه الرسالة هو التحقيق في كفاءة نقل الحرارة لهياكل TPMS مقابل الرغوة المعدنية (Metal foam)، والتي تم استخدامها تقليديًا لأنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكامنة (PCM) طويلة الأمد.

تم إجراء عمليات المحاكاة العددية في ظل ظروف حدودية مختلفة لتقييم الأداء. وُجد أن هياكل TPMS تتفوق على الرغوة المعدنية التقليدية.

علاوة على ذلك، تمت دراسة تأثيرات الظروف الحدية مثل (isothermal) و(isoflux)، وكذلك تأثير التكوين (sheet TPMS و solid TPMS)، والمسامية، والتدرج الوظيفي (functional grading) على أداء هذه الهياكل.

تثبت نتائج هذه الرسالة أن هياكل TPMS لأنظمة LHTES هي مواد واعدة للغاية، مما يجعلها مرشحة محتملة للاستخدام في التطبيقات المختلفة المرتبطة بأنظمة LHTES.

Arabic Comments

مفاهيم البحث الرئيسية: البنيات المهندسة، تخزين الطاقة الحرارية الكامنة (LHTES)، الرغوة المعدنية، مادة تغيير الطور (PCM)، السطح الأدنى الدوري الثلاثي (TPMS).

Download

Share

COinS