Investigating convective contribution to the total thermal conductivity of porous glasses fabricated by additive manufacturing
Author
Pedersen, Christine Birkemark
Term
4. Term
Education
Publication year
2025
Submitted on
2025-05-02
Pages
44
Abstract
Denne afhandling undersøger, hvor meget konvektion bidrager til den samlede varmeledningsevne i porøse glasstrukturer, når poregeometrien kan designes kontrolleret. Porøse prøver blev fremstillet ved additiv fremstilling med maskeret stereolitografi ved brug af CRT-glaspartikler (50 vægt%) og designede makroporer på 2–7 mm. Røntgentomografi bekræftede de tilsigtede makrostrukturer og afslørede lokale deformationer som slurry-opbygning, reduktion af porestørrelse og revnedannelse. Billedbaserede og gravimetriske målinger viste lavere porøsitet end planlagt på grund af svind under sintring og deformation, men en høj grad af poreforbindelse blev bevaret, mens de fleste uforbundne porer fandtes i struts og porevægge. Billedbaserede simuleringer og eksperimenter viste, at den effektive varmeledningsevne faldt med stigende porestørrelse, hvilket fremhæver poregeometriens betydning; dog begrænsede lignende porøsitetsniveauer på tværs af prøverne en direkte adskillelse af strukturelle effekter. Forsøg med tvungen konvektion viste, at prøver med større og velforbundne porer udviste øget varmeledningsevne ved højere flowrater, hvilket bekræfter konvektionens bidrag. Arbejdet demonstrerer, at additiv fremstilling er en anvendelig metode til at skabe tilpassede porøse glasstrukturer og giver nye indsigter i sammenhængen mellem porestruktur og varmetransport i porøst glas.
This thesis investigates how much convection contributes to the effective thermal conductivity of porous glass when pore geometry can be deliberately controlled. Porous specimens were produced by additive manufacturing using masked stereolithography with CRT glass particles (50 wt%) and designed macropores of 2–7 mm. X-ray tomography confirmed the targeted macrostructures and revealed localized deformation including slurry buildup, pore size reduction, and crack formation. Image-based and gravimetric measurements showed lower-than-designed porosity due to sintering shrinkage and deformation, yet a high degree of pore connectivity was retained, with most unconnected pores located in struts and pore walls. Image-based simulations and experiments indicated that effective thermal conductivity decreased with increasing pore size, underscoring the role of pore geometry; however, similar porosity across samples limited direct separation of structural effects. Forced convection tests showed that samples with larger, well-connected pores exhibited higher thermal conductivity at elevated flow rates, confirming a convective contribution. The work demonstrates the viability of additive manufacturing for customizable porous glass and provides new insights into how pore structure governs heat transport in porous glass.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents