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

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.

Comments

تهام هذه الرسالة باستخدام الولايات المصممة رياضيا والتي تعتمد على الأسطح الدورية الثلاثية ‏(TPMS) لأنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكاملة (LIFTES)، مع ظهور التصنيع الإضافي( Additive Manufacturing ) یمكن تصنیع ھیاكل TPMS بسهولة. الهدف من هذه الرسالة هو التعليق في أداء نقل الحرارة لمبائل TPMS مقابل الرغاوي المعدنیة التقلیدیة foam (Meta (التي تمثلھا خلیة كلفن بینما تم تشریبھما بمادة تغییر الطور .(PCM) تم إجراء عملیات المحاكاة العددیة في ظل ظروف حدودیة مختلفة لتقییم الأداء. وجد أن ھیاكل TPMS تفوقت على الرغوة المعدنیة التقلیدیة. علاوة على ذلك، تمت دراسة تأثیرات الظروف الحدیة . ( isothermalو isoflux ), والتكوین (solid TPMS و sheet) , والمسامیة، والدرجات الوظیفیة functional ) grading على أداء ھیاكل TPMS . توضح ھذه الرسالة لأول مرة استخدام ھیاكل TPMS لأنظمة LHTES في المؤلفا ت السابقة. إن تفوق ھیاكل TPMS یجعلھا مرشحین محتملین للاستخدام في التطبیقات المختلفة المتعلقة بـ .LHTES

Download

Share

COinS