Sobre las Propiedades Termofísicas Efectivas de los Materiales de Cambio de Fase Embebidos en Estructuras de Rejilla Metálica con Parámetros Topológicos Genéricos
Autores: Piacquadio, Stefano; Soika, Johannes; Schirp, Maximilian; Schröder, Kai-Uwe; Filippeschi, Sauro
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Sobre las Propiedades Termofísicas Efectivas de los Materiales de Cambio de Fase Embebidos en Estructuras de Rejilla Metálica con Parámetros Topológicos Genéricos
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía térmica
Palabras clave
Materiales arquitectónicos
Estructura de rejilla metálica
Conductividad térmica
Materiales de cambio de fase
Propiedades termofísicas efectivas
Geometrías de rejilla
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La literatura reciente ha introducido el uso de materiales arquitectónicos con una topología basada en estructuras de reticulado metálico para mejorar la conductividad térmica de los materiales de cambio de fase (PCM). El potencial de tales estructuras radica en la libertad de diseño con geometrías complejas. Sin embargo, esto ha introducido nuevos desafíos en cuanto a la descripción analítica de las propiedades termofísicas efectivas de estos materiales, que se utilizan para tratar el compuesto como un material homogeneizado. Hasta ahora, solo se han presentado algunos trabajos limitados que han abordado de manera integral el cálculo de tales propiedades. La amplia variedad de posibles parámetros geométricos en estos materiales solo puede ser tratada adecuadamente a través de un enfoque adaptable que se pueda extender a las próximas geometrías de reticulado. Con este objetivo en mente, el presente trabajo introduce un método para calcular la conductividad térmica efectiva del PCM compuesto discutido. Se presenta un enfoque basado en celdas para calcular la conductividad térmica efectiva. El método utiliza los sólidos de Steinmetz como base a partir de la cual se puede derivar la porosidad de las celdas unitarias con parámetros geométricos variables. Se introducen factores empíricos para tener en cuenta las limitaciones debidas a la geometría compleja y a las eventuales imperfecciones de fabricación de estas estructuras. Así, se derivan fórmulas semianalíticas para describir la conductividad térmica efectiva de las celdas de reticulado para una variedad de celdas unitarias prismáticas cúbicas y hexagonales con parámetros topológicos genéricos. Las fórmulas se validan frente a los modelos y resultados experimentales presentes en la literatura. Finalmente, se presenta un análisis y discusión sobre la validez limitada de las técnicas de homogeneización para estructuras de reticulado.
Descripción
La literatura reciente ha introducido el uso de materiales arquitectónicos con una topología basada en estructuras de reticulado metálico para mejorar la conductividad térmica de los materiales de cambio de fase (PCM). El potencial de tales estructuras radica en la libertad de diseño con geometrías complejas. Sin embargo, esto ha introducido nuevos desafíos en cuanto a la descripción analítica de las propiedades termofísicas efectivas de estos materiales, que se utilizan para tratar el compuesto como un material homogeneizado. Hasta ahora, solo se han presentado algunos trabajos limitados que han abordado de manera integral el cálculo de tales propiedades. La amplia variedad de posibles parámetros geométricos en estos materiales solo puede ser tratada adecuadamente a través de un enfoque adaptable que se pueda extender a las próximas geometrías de reticulado. Con este objetivo en mente, el presente trabajo introduce un método para calcular la conductividad térmica efectiva del PCM compuesto discutido. Se presenta un enfoque basado en celdas para calcular la conductividad térmica efectiva. El método utiliza los sólidos de Steinmetz como base a partir de la cual se puede derivar la porosidad de las celdas unitarias con parámetros geométricos variables. Se introducen factores empíricos para tener en cuenta las limitaciones debidas a la geometría compleja y a las eventuales imperfecciones de fabricación de estas estructuras. Así, se derivan fórmulas semianalíticas para describir la conductividad térmica efectiva de las celdas de reticulado para una variedad de celdas unitarias prismáticas cúbicas y hexagonales con parámetros topológicos genéricos. Las fórmulas se validan frente a los modelos y resultados experimentales presentes en la literatura. Finalmente, se presenta un análisis y discusión sobre la validez limitada de las técnicas de homogeneización para estructuras de reticulado.