Geri Dön

Theoretical and experimental investigation of ultrasound propagation in packed beds

Gözenekli ortam içerisinde ultrason yayılımının teorik ve deneysel olarak incelenmesi

  1. Tez No: 619002
  2. Yazar: ZEYNEP KARAKAŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ULUDAĞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 141

Özet

Bu çalışmada gözenekli ortamlarda ultrason yayılımı teorik ve deneysel olarak incelendi. Opak ortamlara uygulanabilir olması, hızlı sonuç vermesi, düşük bütçeli ve zararsız olması ultrasonic teknikleri çalışmalara uygun hale getirmektedir. Sesin gözenekli ortamlarda yayılımı ortamın gözenekliliği, esneklik katsayısı, yoğunluğu, parçacık boyutu gibi ortamın fiziksel özelliklerine ve frekans gibi sesin fiziksel özelliklerine bağlıdır. Bu nedenle ultrasonic teknikler, uygun teorilerin kullanması ile gözenekli ortamların karakterizasyonunun yapılmasına olanak sağlar. Newton-Laplace denklemi gözenekli ortamlarda sesin yayılmasını gözlemlemek için kullanılır. Newton-Laplace denklemine göre gözeneklilik oranı arttıkça, beklendiği gibi ses hızında azalma gözlenir. Ancak bu denklemede kullanılan değişkenlerin sadece ortamın yoğunluğu ve esneklik katsayısı olması sebebi ile parçacık boyutu gibi diğer fiziksel değişkenlerin etkisi gözlemlenemez. Bu nedenle Biot teorisi kullanılmıştır. Biot teorisi ile yapılan incelemede su ile doyurulmuş kum ortamı için frekans aralığı 1 kHz ile 200 kHz arasındadır. Bu aralıkta dalga boyunun parçacık boyuna oranı 375 ile 18.75 arasında değişmektedir. Su ile doyurulmuş cam boncuk ortamları için en düşük sınır 1 kHZ olarak ayarlanmış olup, yüksek limit dalga boyu ile parçacık boyu arasındaki ilişkiye göre ayarlanmıştır. Bu nedenle 1 mm, 700 mikron ve 300 mikron boyutlarında parçacıklara sahip olan gözenekli ortamlar için yüksek limitler sırasıyla 400 kHz, 1 MHz ve 3.5 MHz olarak ayarlanmıştır. Bu frekans değerlerinde dalga boyunun parçacık boyuna oranı azalan parçacık boyutuna göre sırasıyla 3.75, 2.14 ve 1.6'dır. Tüm gözenekli ortamlarda ses hızı artan bir dağılım göstermiştir. Ayrıca enerji yitimi katsayısı belli bir frekans değerine kadar artmış ancak sonrasında azalmıştır. Enerji yitim katsayısındaki beklenmedik azalma Biot teorisinin yüksek frekans değerleri için uygulanabilirliğini kaybettiğini gösterir. Bu sebeple yüksek frekans değerlerinin ses yayılımına etkisini gözlemlemek için deneysel çalışmalar yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda kullanılan frekans değerleri 1 MHz, 2 MHz ve 4 MHz'dir. Kullanılan kumun boyutu ortalama 400 mikron, cam boncukların boyutları ise 1 mm, 700 mikron ve 300 mikron'dur. Bu parçacık boyutları ve çalışılan frekans değerleri için dalga boyu parçacık boyuna çok yakındır. Hatta 4 MHz frekans değeri için parçacık boyutları dalga boyundan daha büyüktür. Bütün ortamlarda ses hızında azalan bir dağılım gözlenmiştir. Daha önce yapılan çalışmaların tersi olarak ses hızındaki sapma en büyük parçacık boyuna sahip ortam için en küçük değere sahiptir. Aynı şekilde enerji yitimi katsayısının frekansa olan bağlılığı en büyük parçacık boyutuna sahip ortam için en küçük değere sahiptir. Bu farklılıkların nedeni bu ortam için parçacık boyunun dalga boyundan daha büyük olmasıdır.

Özet (Çeviri)

Ultrasound propagation through porous medium is investigated theoretically and experimentally in this study. Allowing measurements with opaque medium, giving fast measurements, requiring low cost and being non-invasive make the use of ultrasound based techniques convenient. Propagation of sound is directly related to the physical properties of a porous medium such as porosity, bulk modulus of medium, density of medium, particle size and physical properties of sound such as frequency. Therefore, it becomes possible to characterize a porous medium by using ultrasonic techniques provided that useful models capturing the sound propagation through such medium are readily available. Newton – Laplace equation is available for the investigation of ultrasound propagation through porous medium. According to Newton-Laplace equation, as porosity increases, sound velocity shows a negative dispersion as expected. Since this equation includes only the bulk modulus, density and porosity, dependence of the sound speed on different characteristics of porous medium, such as particle size, cannot be captured. Therefore, Biot model is used to investigate frequency effect on sound speed. In Biot model, frequency range is in between 1 to 200 kHz for water saturated medium sand medium in which wavelength to grain size ratio is changing between 375 and 18.75. For the water saturated glass beads media, lower limit of frequency again set as 1 kHz but upper limit is changing due to wavelength to grain size ratio. For that reason, upper limits of frequency are selected as 400 kHz, 1 MHz and 3.5 MHZ, where wavelength to grain size ratio are 3.75, 2.14 and 1.6, for the porous media with size of grains 1 mm, 700 microns and 300 microns, respectively. In all porous media, phase velocity shows positive dispersion. Also investigation of attenuation coefficient shows that it increases with frequency up to a value; however it starts to decrease from that point. Since decrease in attenuation coefficient is an unexpected results, it is concluded that Biot model is not applicable for high frequency values. That's why experimental studies are needed to be conducted for the investigation of high frequency effect on sound velocity. Frequency values, f, used in the experiments are 1 MHz, 2 MHz and 4 MHz. Size of medium sand is 400 microns and glass beads are 1 mm, 700 microns and 300 microns. In all cases, wavelength to grain size ratio is very small which means value of wavelength is similar to grain size. Even for the frequency value of 4 MHz, grain size values are larger than wavelength. It is observed that phase velocity shows negative dispersion for each medium. Opposite to literature, deviation in sound speed has the lowest value for the medium with the highest grain size. Similarly, in contrast to literature, frequency dependency has the lowest value in the medium with the highest grain size. This is because of this medium having the higher grain size than wavelength.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    216599

    Doğrusal olmayan yayılımın tanısal ultrasonun dokularda oluşturduğu sıcaklık artışına etkisinin incelenmesi ve simülasyon programının hazırlanması

    The investigation of temperature rise formed by diagnostic ultrasound on tissue due to nonlinear propagation and making a simulation programme

    MURAT ALPARSLAN GÜNGÖR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    BiyomühendislikGazi Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. İRFAN KARAGÖZ

  2. Tez No

    477664

    Rhomboid ve HIFU dönüştürücülerin lineer olmayan akustik alan yapılarının incelenmesi

    Experimental investigation of nonlinear pressure field of rhomboid and HIFU transducers

    SÜREYYA NUR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİnönü Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ŞAHİN

  3. Tez No

    418944

    Gama ışınlarına maruz kalmış ZrO2 ince filmlerin karakterizasyonu

    The characterization of ZrO2 thin films irradiated with gamma radiation

    DEFNE ABAYLI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  4. Tez No

    307509

    Ozmotik işlemle kısmi kurutulmuş kavun dilimlerinin dondundurulmasının deneysel ve kuramsal olarak incelenmesi, enerji verimliliğinin değerlendirilmesi

    Experimental and theoretical investigation of freezing of partially osmotic dried melon slices, evaluation of energy efficiency

    TUBA EVGİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Gıda MühendisliğiEge Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FİLİZ İÇİER

  5. Tez No

    166853

    Experimental investigation of drag reduction effects of polymer additives on turbulent pipe flow

    Polimer katkı maddelerinin türbülent boru akışında sürtünme azaltıcı etkilerinin deneysel olarak incelenmesi

    ŞERİFE ZEYBEK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. YUSUF ULUDAĞ

    DOÇ. DR. GÖKNUR BAYRAM

Geri Dön