Tesis:
Improvement of thermal resistance and force loading by developing and optimizing geometry in 3D printed brick
- Autor: BABAEYANAHMADI, Hamidreza
- Título: Improvement of thermal resistance and force loading by developing and optimizing geometry in 3D printed brick
- Fecha: 2024
- Materia:
- Escuela: E.T.S. DE ARQUITECTURA
- Departamentos: CONSTRUCCION Y TECNOLOGIA ARQUITECTONICAS
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/80462/
- Director/a 1º: GALLEGO SANCHEZ, Jorge
- Resumen: Dado que la mayoría de los bloques producidos por una impresora 3D son huecos y la forma de estos huecos influye significativamente en la transferencia de calor que se produce a través del edificio, también es necesario examinar diferentes modelos de estos huecos. Por lo tanto, el presente estudio tiene como objetivo proporcionar una nueva estructura de celdas para los ladrillos de un edificio y examinar y optimizar el efecto de la forma y las dimensiones de los huecos en su rendimiento térmico utilizando el Método de Elementos Finitos (FEM, según sus siglas en inglés) y la técnica de Metodología de Superficie de Respuesta (RSM, según sus siglas en inglés). Los parámetros de entrada incluyeron las características geométricas de las celdas y la transmitancia térmica como variable de respuesta. Los métodos RSM y FEM se utilizaron simultáneamente para minimizar el parámetro de transmitancia térmica. Las ecuaciones de transferencia de calor que involucran la transferencia de calor tridimensional en estado estacionario, así como tres mecanismos de transferencia de calor, es decir, conducción, convección y radiación, se resuelven a una temperatura diferente, mientras se miden la distribución de temperatura y el coeficiente de transferencia de calor. Los resultados indican que aumentar el espesor o la altura del hueco y aumentar la circunferencia del hueco en general puede aumentar la resistencia térmica de los bloques.
ABSTRACT
Since most blocks produced by a 3D printer are hollow and the shape of these hollows significantly impacts on the heat transfer penetrating of the building, also it is necessary to examine different models of these hollows. Thus, the present study aimed to provide a new building brick cells structure and examine and optimize the effect of the shape and dimensions of the hollows on its thermal performance using the Finite Element Method (FEM) and the Response Surface Methodology (RSM) technique. The input parameters included the geometric characteristics of the cells and the thermal transmittance as the response variable. RSM and FEM methods were used simultaneously to minimize the thermal transmittance parameter. Heat transfer equations involving steady-state three-dimensional heat transfer as well as three heat transfer mechanisms, i.e., conduction, convection, and radiation, were solved at a different temperature, while the temperature distribution and heat transfer coefficient were measured. The results indicated that increasing the thickness or the height of hollow and increasing the hollow circumference in general could increase the thermal resistance of the blocks.