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Faculté des Sciences appliquées
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Mémoire

Master thesis and internship[BR]- Master's thesis : Performance simulation of a latent heat storage device using the Particle Finite Element Method[BR]- Integration internship

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Claeskens, Maxence ULiège
Promoteur(s) : Ponthot, Jean-Philippe ULiège
Date de soutenance : 30-jui-2025/1-jui-2025 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/23360
Détails
Titre : Master thesis and internship[BR]- Master's thesis : Performance simulation of a latent heat storage device using the Particle Finite Element Method[BR]- Integration internship
Titre traduit : [fr] Simulation des performances d’un dispositif de stockage de chaleur latente à l’aide de la méthode des éléments finis particulaires
Auteur : Claeskens, Maxence ULiège
Date de soutenance  : 30-jui-2025/1-jui-2025
Promoteur(s) : Ponthot, Jean-Philippe ULiège
Membre(s) du jury : Fernandez Sanchez, Eduardo Felipe ULiège
Lemort, Vincent ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 113
Mots-clés : [en] PFEM
[en] thermal storage
[en] latent heat
[en] topological optimization
[en] adaptive meshing
[en] phase change materials
[en] heat transfer
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie aérospatiale
Centre(s) de recherche : MN2L laboratory of the University of Liège
Public cible : Chercheurs
Professionnels du domaine
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en ingénieur civil en aérospatiale, à finalité spécialisée en "aerospace engineering"
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] The ongoing climate crisis requires the development of sustainable energy solutions. As part
of the broader effort to reduce carbon dioxide emissions, this master thesis focuses on the
numerical modeling of thermal energy storage systems for residential buildings. Specifically,
this work investigates latent heat thermal batteries using phase change materials to store excess
solar energy during warmer months and to release it for building heating during winter.

The numerical simulations conducted in this thesis are devoted to the charging phase of
thermal energy storage systems. For this purpose, PFEM3D, a particle-based fluid dynamics
solver, METAFOR, a finite element code dedicated to solid mechanics simulations, and their
coupling through the FSPC coupler are used. These three codes are developed by the MN2L
laboratory of the University of Liège.

A major component of this master thesis consists in the optimization of the numerical
mesh to get the best compromise between simulation accuracy and computational cost. To
achieve this, a temperature gradient-based refinement method with successive improvements
was developed. Compared to the temperature-field-based meshes used initially, the optimized
mesh led to a substantial reduction in computational time, resulting in a speed-up factor of
eight, while maintaining a comparable level of accuracy.

To improve heat transfer efficiency in thermal energy storage systems, this work explores
the integration of extended surfaces such as metallic fins. By increasing the contact area,
these fins help counteract the inherently low thermal conductivity coefficient of phase change
materials. A parametric study on the positioning of a single fin showed that placing the fin
at 20-25% of the enclosure height can accelerate the melting process by over 40%, significantly
enhancing the battery’s charging efficiency. These findings were validated through comparison
with benchmark studies in the literature, confirming the potential of fin-enhanced phase change
material systems for heat storage.


Fichier(s)

Document(s)

File
Access MasterThesis_CLAESKENS_Maxence_s202962_2025.pdf
Description:
Taille: 19.41 MB
Format: Adobe PDF

Auteur

  • Claeskens, Maxence ULiège Université de Liège > Master ing. civ. aéro., fin. spéc. aer. eng.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Fernandez Sanchez, Eduardo Felipe ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > LTAS-Mécanique numérique non linéaire
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Lemort, Vincent ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Systèmes énergétiques
    ORBi Voir ses publications sur ORBi








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