Geri Dön

Heat flow and fluid flow modeling of gas hydrate bearing sediments in South Shetland Islands, Antarctica

Antarktika, Güney Shetland Adalarında gaz hidrat barındıran sedimanların ısı ve akışkan akış modellemesi

PDF İndir

  1. Tez No: 559436
  2. Yazar: SELVİCAN TÜRKDOĞAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. DOĞA DOĞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Jeofizik Mühendisliği, Geophysics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 152

Özet

Tezin geliştirilmesini teşvik eden en temel sebep, deniz altı sedimanlarının bünyesinde barındırdığı gaz hidratların ısı ve akışkan akış dinamiklerinin ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak modellenmesidir. Bu tezin temel amacı Antarktik yarımadasının kıyı açıklarındaki Güney Shetland adalarında gaz hidratları depolayan sedimanların, İtalyan bilim insanları tarafından gerçekleştirilen deniz sismiği seferlerinden elde edilen sismik kesit referans alınarak özdeş modellerinin oluşturulması olarak açıklanabilir. Program olarak ANSYS kullanılmasının, yani numerik modellemenin tercih edilmesinin sebebi, gaz hidratların ve gaz hidrat kaynaklı serbest gazların (metan) zaman içerisindeki davranışlarının gözlemlenmesi olarak detaylandırılabilir. Bunun temel sebebi ise, sismik kesitlerin incelenmesinden ancak ve ancak hidrat kaynaklı serbest gazların stabilitelerinin (durağanlıklarının) gözlemlenebilmesidir. Bu tezin başarılmasıyla, sismik kesitlerden yalnızca varlığı yani stabil şekilde bulunduğu görülebilen serbest gazın yeraltı suyu ile tepkimeye girdiğinde zaman içerisindeki davranışı gözlemlenmiştir. Serbest gazın ANSYS Fluent ortamında zamana bağlı olarak çözülmesiyle, sismik kesitten ancak kararlı hali gözlemlenebilen serbest metan gazının zaman içerisinde yeraltı suyuyla tepkimeye girmesiyle istikrarının bozulduğu gözlemlenmiştir. Bu kimyasal devinimler, yaratılan sistemdeki serbest gaz sedimanında gerçekleştirilmek üzere ANSYS Fluent yazılım ortamına aktarılmıştır. Yer içinin metan, karbondioksit, hidrojen v.b. gazlarca zengin olduğu dikkate alındığında, bu sistemde sınırsız kaynaklı metan bulunabileceği gerçeği bilinmektedir. Ancak yazılım ortamında yaratılan bu sistemin serbest metan gazı kaynağı, serbest gazın bulunduğu bölgenin %90'ı olarak belirtilmiş ve verilen bu kütle oranı üzerinden problem çözülmüştür. Bu oran dahilinde, serbest gaz sedimanına ilk değer olarak %90 metan gazı girilmiş ve yeraltı suyuyla tepkimesinden bu oran bazında zehirli sera gazları olan karbondioksit (CO2) ile hidrojen (H2) üremiştir. Daha detaylı olarak belirtmek gerekirse, oluşturulan modellerin simülasyonları sağlandığında, akışkan akış dinamikleri; hidrat kaynaklı serbest gazın (metan) yeraltı suyu ile tepkimeye girmesi; sıcaklık-basınç-hız bağımlı fiziksel devinimlerin değişimi ve kimyasal tepkime gireni metanın (CH4) ve üreyenleri karbondioksit (CO2) ile hidrojenin (H2) kütle oranları zaman içerisinde gözlemlenmiştir. Tepkime ilk olarak serbest gaz sedimanına atanarak gerçekleştirilmiş olsa da zamanla termo-kinetik etkilerin sonucunda sedimanlar boyunca yükselerek tüm sedimanlara yayılmıştır. Tepkime başladığı andan itibaren, metan gazı tükenmeye, zehirli sera gazları olan karbondioksit (CO2) ile hidrojen (H2) üremeye başlamıştır. Zamanla, metan gazının kütle oranı azalırken, karbondioksit (CO2) ile hidrojen (H2) gazlarının oranları artmıştır. Bu süreçte, belirtilen gazların yayınımları ve sediman boyunca yükselişleri net olarak gözlemlenmiştir. Tepkimenin gerçekleşmesiyle tükenmeye başlayan metan gazının zamanla yayınım ve yükselimine ek olarak parçalanarak bölgesel çöküşleri de gözlemlenmiştir. Karbondioksit (CO2) ile hidrojen (H2) gazları ise tepkimenin gerçekleşmesiyle ilk saniyelerden itibaren üremeye başlamış ve aktif tektonizmanın etkisiyle, sistemde bulunan fay kırıklarından yükselmişlerdir. Bu tezin geliştirilmesinden sağlanacak bir başka katkı ise, tepkime gireni metanın (CH4) ve üreyeni karbondioksitin (CO2) küresel ısınmayla bariz ilişkilerini anlayabilmektir. Bu tez kapsamında, faylanma etkisindeki jeolojik oluşumların problemin çözümünde ve sonuçlarındaki önemli etkilerini ortaya çıkarmak da amaç edinilen diğer bir unsur niteliğindedir. Bahsi geçen önemli etkilerin gözlemlenebilmesi adına, faylı sistemi takiben aynı yöntemler baz alınarak ayrıca faysız bir sistem oluşturulmuştur. Modellerin oluşturulmasındaki ilk adım, italyan bilim insanlarının sismik seferlerinden elde ettikleri araştırma bölgesine ait sismik kesitin bilgisayar ortamına aktarılarak, ANSYS'te çalıştırılmak üzere Plot Digitizer programında sayısallaştırılmasıdır. Bu adımın başarıyla tamamlanmasını takiben, ANSYS'te oluşturulan modeller, ANSYS Fluent ortamında zamana bağlı çözülerek, metanın (CH4) yeraltı suyu ile kimyasal tepkimeye girmesinden doğacak davranışı ve tepkime üreyeni karbondioksit (CO2) ve hidrojenin (H2) yayılımları gözlenmektedir. Faylı ve faysız modellerin haricinde, küresel ısınmaya istinaden serbest gaz sedimanının maruz kaldığı basınç değerleri ve deniz suyu sıcaklığı kaynak taramaları referans alınarak arttırılmıştır. Basınç ve sıcaklık parametre değerlerinin değiştirildiği bu modellerin de başarıyla çözülmesinden, metanın (CH4) ve karbondioksitin (CO2) değişen davranış ve kütle oranları baz alınarak küresel ısınmaya etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Diğer iki önemli parametre değişikliği, sediman porozitesi ve serbest gaz sedimanında bulunan serbest gazın (metan) kütle oranı üzerinden yapılmıştır. Porozite değeri sığ sediman, metan sediman, serbest gaz sedimanları için 0.1 değerinden sırasıyla 0.6, 0.5 ve 0.4 değerlerine yükseltilmiştir. Serbest gaz sedimanında bulunan serbest gazın (metan) kütle oranı ise %90 değerinden %40 değerine düşürülmüştür. Problem çözümlemelerini takiben, problemin sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, faylanma etkisindeki jeolojik oluşumların problemin sonuçlarında ciddi etkileri olduğu gözlemlenmiştir. Öyle ki, faylı sistemde, tepkimenin gerçekleşmesiyle, metan (CH4) faylarda çok hızlı bir şekilde tükenirken, metanın tükenmesiyle simültane üreyen karbondioksit (CO2) ve hidrojen (H2) direkt olarak faylardan yukarıya doğru yayılım göstermektedir. Bu durumda, tektonik olarak aktif olan sistemlerin gaz çıkışlarına (kaçışlarına) sistemin doğası gereği müsait olduğu gözlemlenmiştir. Zehirli sera gazlarının fayları takip ederek su kolonuna çıkışı ise küresel ısınma tartışmaları dahilinde incelenmiştir. Bu sistem, italyan bilim insanlarının gerçekleştirdiği deniz sismiği seferlerinden elde edilen sismik kesit referans alınarak yaratılmıştır. Sismik kesit verisi referans alınarak, sistem deniz seviyesinden yaklaşık olarak 2500 m derinlikte olacak şekilde yaratılmıştır. Bu gerçek dikkate alındığında, faylardan kaçan (yayılan) zehirli sera gazlarının 2500 m'lik su kolonu kalınlığı boyunca yükselip atmosfere karışarak küresel ısınmaya katkısının olup olamayacağı tartışılmıştır. Literatür taramasını takiben, böyle bir sistemde, tektonik olarak aktif, deniz seviyesinden yaklaşık olarak 2000 m ya da daha fazla derinlikte olan ve aktif tektonizmayı takip ederek yaratılan bu sistemden kaçan gazların su kolonu seyahatini başarıyla tamamlayıp atmosfere karıştığına dair kesin kanıt bulunamamıştır. Bu sonuca, şimdiye kadar yapılmış olan çalışmalar detaylı olarak incelendiğinde ulaşılmıştır. Ancak, yüksek teknolojili deniz sismiği metodları kullanılarak, yüksek oranda gaz hidrat bulunduran Arktik ve Antarktika bölgelerine hala deniz seferleri düzenlenmektedir. Tepkime giren ve üreyenlerinin faylı ortamdaki bu davranışlarının aksine, faysız sistemde, metan (CH4) bir yandan tükenirken bir yandan kimyasal tepkime sedimanı boyunca düzenli bir yayınım gösteririp yükselmektedir. Karbondioksit (CO2) ve hidrojen (H2) ise önce belirli bir bölgede

Özet (Çeviri)

Tezin geliştirilmesini teşvik eden en temel sebep, deniz altı sedimanlarının bünyesinde barındırdığı gaz hidratların ısı ve akışkan akış dinamiklerinin ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak modellenmesidir. Bu tezin temel amacı Antarktik yarımadasının kıyı açıklarındaki Güney Shetland adalarında gaz hidratları depolayan sedimanların, İtalyan bilim insanları tarafından gerçekleştirilen deniz sismiği seferlerinden elde edilen sismik kesit referans alınarak özdeş modellerinin oluşturulması olarak açıklanabilir. Program olarak ANSYS kullanılmasının, yani numerik modellemenin tercih edilmesinin sebebi, gaz hidratların ve gaz hidrat kaynaklı serbest gazların (metan) zaman içerisindeki davranışlarının gözlemlenmesi olarak detaylandırılabilir. Bunun temel sebebi ise, sismik kesitlerin incelenmesinden ancak ve ancak hidrat kaynaklı serbest gazların stabilitelerinin (durağanlıklarının) gözlemlenebilmesidir. Bu tezin başarılmasıyla, sismik kesitlerden yalnızca varlığı yani stabil şekilde bulunduğu görülebilen serbest gazın yeraltı suyu ile tepkimeye girdiğinde zaman içerisindeki davranışı gözlemlenmiştir. Serbest gazın ANSYS Fluent ortamında zamana bağlı olarak çözülmesiyle, sismik kesitten ancak kararlı hali gözlemlenebilen serbest metan gazının zaman içerisinde yeraltı suyuyla tepkimeye girmesiyle istikrarının bozulduğu gözlemlenmiştir. Bu kimyasal devinimler, yaratılan sistemdeki serbest gaz sedimanında gerçekleştirilmek üzere ANSYS Fluent yazılım ortamına aktarılmıştır. Yer içinin metan, karbondioksit, hidrojen v.b. gazlarca zengin olduğu dikkate alındığında, bu sistemde sınırsız kaynaklı metan bulunabileceği gerçeği bilinmektedir. Ancak yazılım ortamında yaratılan bu sistemin serbest metan gazı kaynağı, serbest gazın bulunduğu bölgenin %90'ı olarak belirtilmiş ve verilen bu kütle oranı üzerinden problem çözülmüştür. Bu oran dahilinde, serbest gaz sedimanına ilk değer olarak %90 metan gazı girilmiş ve yeraltı suyuyla tepkimesinden bu oran bazında zehirli sera gazları olan karbondioksit (CO2) ile hidrojen (H2) üremiştir. Daha detaylı olarak belirtmek gerekirse, oluşturulan modellerin simülasyonları sağlandığında, akışkan akış dinamikleri; hidrat kaynaklı serbest gazın (metan) yeraltı suyu ile tepkimeye girmesi; sıcaklık-basınç-hız bağımlı fiziksel devinimlerin değişimi ve kimyasal tepkime gireni metanın (CH4) ve üreyenleri karbondioksit (CO2) ile hidrojenin (H2) kütle oranları zaman içerisinde gözlemlenmiştir. Tepkime ilk olarak serbest gaz sedimanına atanarak gerçekleştirilmiş olsa da zamanla termo-kinetik etkilerin sonucunda sedimanlar boyunca yükselerek tüm sedimanlara yayılmıştır. Tepkime başladığı andan itibaren, metan gazı tükenmeye, zehirli sera gazları olan karbondioksit (CO2) ile hidrojen (H2) üremeye başlamıştır. Zamanla, metan gazının kütle oranı azalırken, karbondioksit (CO2) ile hidrojen (H2) gazlarının oranları artmıştır. Bu süreçte, belirtilen gazların yayınımları ve sediman boyunca yükselişleri net olarak gözlemlenmiştir. Tepkimenin gerçekleşmesiyle tükenmeye başlayan metan gazının zamanla yayınım ve yükselimine ek olarak parçalanarak bölgesel çöküşleri de gözlemlenmiştir. Karbondioksit (CO2) ile hidrojen (H2) gazları ise tepkimenin gerçekleşmesiyle ilk saniyelerden itibaren üremeye başlamış ve aktif tektonizmanın etkisiyle, sistemde bulunan fay kırıklarından yükselmişlerdir. Bu tezin geliştirilmesinden sağlanacak bir başka katkı ise, tepkime gireni metanın (CH4) ve üreyeni karbondioksitin (CO2) küresel ısınmayla bariz ilişkilerini anlayabilmektir. Bu tez kapsamında, faylanma etkisindeki jeolojik oluşumların problemin çözümünde ve sonuçlarındaki önemli etkilerini ortaya çıkarmak da amaç edinilen diğer bir unsur niteliğindedir. Bahsi geçen önemli etkilerin gözlemlenebilmesi adına, faylı sistemi takiben aynı yöntemler baz alınarak ayrıca faysız bir sistem oluşturulmuştur. Modellerin oluşturulmasındaki ilk adım, italyan bilim insanlarının sismik seferlerinden elde ettikleri araştırma bölgesine ait sismik kesitin bilgisayar ortamına aktarılarak, ANSYS'te çalıştırılmak üzere Plot Digitizer programında sayısallaştırılmasıdır. Bu adımın başarıyla tamamlanmasını takiben, ANSYS'te oluşturulan modeller, ANSYS Fluent ortamında zamana bağlı çözülerek, metanın (CH4) yeraltı suyu ile kimyasal tepkimeye girmesinden doğacak davranışı ve tepkime üreyeni karbondioksit (CO2) ve hidrojenin (H2) yayılımları gözlenmektedir. Faylı ve faysız modellerin haricinde, küresel ısınmaya istinaden serbest gaz sedimanının maruz kaldığı basınç değerleri ve deniz suyu sıcaklığı kaynak taramaları referans alınarak arttırılmıştır. Basınç ve sıcaklık parametre değerlerinin değiştirildiği bu modellerin de başarıyla çözülmesinden, metanın (CH4) ve karbondioksitin (CO2) değişen davranış ve kütle oranları baz alınarak küresel ısınmaya etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Diğer iki önemli parametre değişikliği, sediman porozitesi ve serbest gaz sedimanında bulunan serbest gazın (metan) kütle oranı üzerinden yapılmıştır. Porozite değeri sığ sediman, metan sediman, serbest gaz sedimanları için 0.1 değerinden sırasıyla 0.6, 0.5 ve 0.4 değerlerine yükseltilmiştir. Serbest gaz sedimanında bulunan serbest gazın (metan) kütle oranı ise %90 değerinden %40 değerine düşürülmüştür. Problem çözümlemelerini takiben, problemin sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, faylanma etkisindeki jeolojik oluşumların problemin sonuçlarında ciddi etkileri olduğu gözlemlenmiştir. Öyle ki, faylı sistemde, tepkimenin gerçekleşmesiyle, metan (CH4) faylarda çok hızlı bir şekilde tükenirken, metanın tükenmesiyle simültane üreyen karbondioksit (CO2) ve hidrojen (H2) direkt olarak faylardan yukarıya doğru yayılım göstermektedir. Bu durumda, tektonik olarak aktif olan sistemlerin gaz çıkışlarına (kaçışlarına) sistemin doğası gereği müsait olduğu gözlemlenmiştir. Zehirli sera gazlarının fayları takip ederek su kolonuna çıkışı ise küresel ısınma tartışmaları dahilinde incelenmiştir. Bu sistem, italyan bilim insanlarının gerçekleştirdiği deniz sismiği seferlerinden elde edilen sismik kesit referans alınarak yaratılmıştır. Sismik kesit verisi referans alınarak, sistem deniz seviyesinden yaklaşık olarak 2500 m derinlikte olacak şekilde yaratılmıştır. Bu gerçek dikkate alındığında, faylardan kaçan (yayılan) zehirli sera gazlarının 2500 m'lik su kolonu kalınlığı boyunca yükselip atmosfere karışarak küresel ısınmaya katkısının olup olamayacağı tartışılmıştır. Literatür taramasını takiben, böyle bir sistemde, tektonik olarak aktif, deniz seviyesinden yaklaşık olarak 2000 m ya da daha fazla derinlikte olan ve aktif tektonizmayı takip ederek yaratılan bu sistemden kaçan gazların su kolonu seyahatini başarıyla tamamlayıp atmosfere karıştığına dair kesin kanıt bulunamamıştır. Bu sonuca, şimdiye kadar yapılmış olan çalışmalar detaylı olarak incelendiğinde ulaşılmıştır. Ancak, yüksek teknolojili deniz sismiği metodları kullanılarak, yüksek oranda gaz hidrat bulunduran Arktik ve Antarktika bölgelerine hala deniz seferleri düzenlenmektedir. Tepkime giren ve üreyenlerinin faylı ortamdaki bu davranışlarının aksine, faysız sistemde, metan (CH4) bir yandan tükenirken bir yandan kimyasal tepkime sedimanı boyunca düzenli bir yayınım gösteririp yükselmektedir. Karbondioksit (CO2) ve hidrojen (H2) ise önce belirli bir bölgede üreme gösterirken daha sonra hapsoldukları sedimanı takip ederek metanın (CH4) davranışı gibi yayınmakta olup, faylı sistemden farklı olarak ani çıkış ya da davranış sergileyemedikleri gözlemlenebilmektedir.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    252082

    Püskürtmeli kurutucuda disodyum oktaborat tetrahidrat üretimi ve modelleme çalışmaları

    Experimental and modelling studies of disodium octaborate tetrahydrate production in a spray dryer

    ERCAN ÖZDEMİR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLHAYAT NASÜN SAYGILI

  2. Tez No

    381898

    Zorlanmış salınımlı dikey akışta gözenekli ortamın ısı geçişine etkisinin deneysel incelenmesi

    Experimental investigations on the effect of porous media on heat transfer from vertical forced oscillated fluid flow

    ESRA KEŞAF

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    ÖĞR. GÖR. ERSİN SAYAR

  3. Tez No

    419040

    Kanal içinde yoğuşmanın sayısal modellenmesi

    Numerical modelling of condensation in channel flow

    MUTLU İPEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU

  4. Tez No

    389274

    İzmir, Gülbahçe, Sığacık körfezlerinde sıcaklık ve akışkan hızı modellemesi

    Temperature and flow modelling in İzmir, Gülbahçe and Sığacık bay

    DUYGU YAĞCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. DOĞA DOĞAN

  5. Tez No

    554889

    Jet çarptırma ile gaz türbinli motorların soğutulması

    Cooling of gas turbines with jet impingement

    TEVFİK BERKER KOÇAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZEKERİYA ALTAÇ

Geri Dön