Published September 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Microcapsule geometry and nanomaterial enhancement of PCMs (sp07&sp11) for free heating applications

Creators

  • 1. Egypt-Japan University of Science and Technology
  • 2. Assiut University

Description

Thermal analysis for the charging/discharging process of PCMs in different encapsulation geometries for free heating applications is performed. PCMs; sp07 and sp11 for cold climate conditions are simulated with Al2O3 and CuO nanoparticles (NPs) in circular, elliptical, rectangular, and square physical models. Complete mathematical equations of the physical model are constructed and solved using Ansys-fluent and validated using an experimental setup. Findings show that rectangular microcapsules have the shortest melting and solidification times, over 41% shorter than those of circular capsules. Minimum melting times of 79 and 135 min are realized using Al2O3 NPs with sp07 and sp11, respectively for a rectangular model. NPs inclusion increases the melting and solidification rates by 4.17–16.90%. Al2O3 NPs resulted in better thermal performances compared with CuO NPs. The largest free cooling and heating potential is 2.32K and 1.50K, respectively using sp07 with Al2O3 NPs and sp11 Al2O3 NPs, respectively for rectangular microcapsule. The study recommends sp11. Sp11 with 4 wt% Al2O3 NPs in a rectangular capsule achieved free heating and cooling degrees of 1.50K and 1.30K respectively. Complete solidification and melting times of 120 and 135 min with the largest heat transfer rates of 13.4 W and −11.6 W, respectively are achieved.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتم إجراء تحليل حراري لعملية الشحن/التفريغ لوحدات PCM في أشكال تغليف مختلفة لتطبيقات التسخين الحرة. تتم محاكاة PCMs ؛ sp07 و sp11 للظروف المناخية الباردة باستخدام الجسيمات النانوية Al2O3 و CuO (NPs) في نماذج فيزيائية دائرية وإهليلجية ومستطيلة ومربعة. يتم إنشاء المعادلات الرياضية الكاملة للنموذج المادي وحلها باستخدام Ansys بطلاقة والتحقق من صحتها باستخدام إعداد تجريبي. تظهر النتائج أن الكبسولات الدقيقة المستطيلة لها أقصر أوقات ذوبان وتصلب، أقصر بنسبة 41 ٪ من تلك الموجودة في الكبسولات الدائرية. يتم تحقيق الحد الأدنى من أوقات الانصهار 79 و 135 دقيقة باستخدام Al2O3 NPs مع sp07 و sp11، على التوالي لنموذج مستطيل. يزيد إدراج الجسيمات النانوية من معدلات الذوبان والتصلب بنسبة 4.17-16.90 ٪. نتج عن Al2O3 NPs أداء حراري أفضل مقارنة بـ CuO NPs. أكبر جهد تبريد وتسخين حر هو 2.32كلفن و 1.50كلفن، على التوالي باستخدام sp07 مع Al2O3 NPs و sp11 Al2O3 NPs، على التوالي للكبسولة الدقيقة المستطيلة. توصي الدراسة بـ sp11. حقق Sp11 مع 4 ٪ بالوزن من Al2O3 NPs في كبسولة مستطيلة درجات تسخين وتبريد مجانية تبلغ 1.50كلفن و 1.30كلفن على التوالي. يتم تحقيق أوقات التصلب والانصهار الكاملة البالغة 120 و 135 دقيقة بأكبر معدلات نقل للحرارة تبلغ 13.4 واط و -11.6 واط، على التوالي.

Translated Description (French)

Une analyse thermique pour le processus de charge/décharge des PCM dans différentes géométries d'encapsulation pour des applications de chauffage libre est effectuée. Les PCM ; sp07 et sp11 pour les conditions climatiques froides sont simulés avec des nanoparticules (NP) d'Al2O3 et de CuO dans des modèles physiques circulaires, elliptiques, rectangulaires et carrés. Des équations mathématiques complètes du modèle physique sont construites et résolues à l'aide du fluide Ansys et validées à l'aide d'une configuration expérimentale. Les résultats montrent que les microcapsules rectangulaires ont les temps de fusion et de solidification les plus courts, plus de 41 % plus courts que ceux des capsules circulaires. Des temps de fusion minimum de 79 et 135 min sont réalisés en utilisant des NP Al2O3 avec sp07 et sp11, respectivement pour un modèle rectangulaire. L'inclusion des NP augmente les taux de fusion et de solidification de 4,17 à 16,90 %. Les NP d'Al2O3 ont entraîné de meilleures performances thermiques par rapport aux NP de CuO. Le plus grand potentiel de refroidissement et de chauffage libre est de 2,32K et 1,50K, respectivement en utilisant sp07 avec Al2O3 NPs et sp11 Al2O3 NPs, respectivement pour une microcapsule rectangulaire. L'étude recommande sp11. Sp11 avec 4 % en poids de NP d'Al2O3 dans une capsule rectangulaire a atteint des degrés de chauffage et de refroidissement libres de 1,50K et 1,30K respectivement. Des temps de solidification et de fusion complets de 120 et 135 min avec les plus grands taux de transfert de chaleur de 13,4 W et −11,6 W, respectivement, sont atteints.

Translated Description (Spanish)

Se realiza análisis térmico para el proceso de carga/descarga de PCMs en diferentes geometrías de encapsulación para aplicaciones de calentamiento libre. Los PCM; sp07 y sp11 para condiciones de clima frío se simulan con nanopartículas (NP) de Al2O3 y CuO en modelos físicos circulares, elípticos, rectangulares y cuadrados. Las ecuaciones matemáticas completas del modelo físico se construyen y resuelven utilizando Ansys-fluente y se validan utilizando una configuración experimental. Los hallazgos muestran que las microcápsulas rectangulares tienen los tiempos de fusión y solidificación más cortos, más del 41% más cortos que los de las cápsulas circulares. Los tiempos mínimos de fusión de 79 y 135 min se realizan utilizando NP de Al2O3 con sp07 y sp11, respectivamente, para un modelo rectangular. La inclusión de NP aumenta las tasas de fusión y solidificación en 4.17–16.90%. Las NP de Al2O3 dieron como resultado mejores rendimientos térmicos en comparación con las NP de CuO. El mayor potencial de enfriamiento y calentamiento libre es 2.32K y 1.50K, respectivamente, utilizando sp07 con NP de Al2O3 y NP de Al2O3 sp11, respectivamente, para microcápsulas rectangulares. El estudio recomienda sp11. Sp11 con 4% enpeso de NP de Al2O3 en una cápsula rectangular logró grados de calentamiento y enfriamiento libres de 1.50K y 1.30K respectivamente. Se logran tiempos completos de solidificación y fusión de 120 y 135 min con las mayores velocidades de transferencia de calor de 13.4 W y -11.6 W, respectivamente.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
هندسة الكبسولة الدقيقة وتحسين المواد النانوية لـ PCMs (sp07& sp11) لتطبيقات التسخين المجانية
Translated title (French)
Géométrie des microcapsules et amélioration des nanomatériaux des PCM (sp07&sp11) pour les applications de chauffage libre
Translated title (Spanish)
Geometría de microcápsulas y mejora de nanomateriales de PCM (sp07ysp11) para aplicaciones de calentamiento libre

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4385221053
DOI
10.1016/j.csite.2023.103327

Is supplement to
https://openalex.org/W4390401159 (Other)
https://openalex.org/W4388998267 (Other)
https://openalex.org/W4246450666 (Other)
https://openalex.org/W4230250635 (Other)
https://openalex.org/W3144504424 (Other)
https://openalex.org/W3120461830 (Other)
https://openalex.org/W3041790586 (Other)
https://openalex.org/W2898370298 (Other)
https://openalex.org/W2744391499 (Other)
https://openalex.org/W2018879842 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1969596863
  • https://openalex.org/W2025465679
  • https://openalex.org/W2051751760
  • https://openalex.org/W2147491542
  • https://openalex.org/W2793251054
  • https://openalex.org/W2805180648
  • https://openalex.org/W2809105059
  • https://openalex.org/W2883228153
  • https://openalex.org/W2918309948
  • https://openalex.org/W2963178810
  • https://openalex.org/W2980537262
  • https://openalex.org/W3002428102
  • https://openalex.org/W3011761731
  • https://openalex.org/W3019374935
  • https://openalex.org/W3119199141
  • https://openalex.org/W3149443718
  • https://openalex.org/W3155130023
  • https://openalex.org/W3180929314
  • https://openalex.org/W3195928752
  • https://openalex.org/W3200257544
  • https://openalex.org/W3211724138
  • https://openalex.org/W4200402135
  • https://openalex.org/W4205359383
  • https://openalex.org/W4213253702
  • https://openalex.org/W4220728251
  • https://openalex.org/W4281619430
  • https://openalex.org/W4281889078
  • https://openalex.org/W4283072630
  • https://openalex.org/W4283394470
  • https://openalex.org/W4283798728
  • https://openalex.org/W4285585386
  • https://openalex.org/W4285817532
  • https://openalex.org/W4298111299
  • https://openalex.org/W4304892910
  • https://openalex.org/W4307154448
  • https://openalex.org/W4313463474
  • https://openalex.org/W4317754137
  • https://openalex.org/W4380051331
  • https://openalex.org/W4381429428
  • https://openalex.org/W4381548515