Numerical formulation of physical phenomena in nanoparticles for their application to nanofluids

Abstract

This thesis presents a numerical formulation grounded on continuum physics to study different coupled phenomena, such as thermomechanics and high-frequency thermoelectricity, in nanoparticles for their use in nanofluids for both thermal energy storage and direct solar absorption applications. The main difficulties tackled in the present work are the analysis of the mechanical failure of the shell of nanoencapsulated phase change materials and the influence of the shell thickness on the mechanical strength of nanoparticles, determining the probability of failure of the shell of nanoencapsulated phase change materials by incorporating the measurement uncertainty into the numerical analysis and the relation between shell failure and enthalpy losses of nano-capsules and finally, the prediction of temperature increments around nanoparticles when optically excited.

Aquesta tesi presenta una formulació numèrica basada en física de medis continus per a estudiar diferents fenòmens acoblats com, per exemple, termomecànica i termoelectricitat a altes freqüències en nanopartícules per al seu ús en nanofluids per a aplicacions d'emmagatzemament d'energia tèrmica i d'absorció solar directa. Les problemàtiques abordades en el present treball són l'anàlisi de la fallada mecànica de l'escorça de materials de canvi de fase nanoencapsulats i la influència del seu gruix en la resistència de les nanopartícules, la determinació de la probabilitat de fallada de l'escorça dels nanoencapsulats incorporant les incerteses de mesura en l'anàlisi numèrica i la relació entre la fallada mecànica i les pèrdues d'entalpia de les nanocàpsules i, per últim, la predicció d'increments de temperatura al voltant de nanopartícules excitades òpticament.