2-D heat and fluid flow modelling of the central basin and western high in the Sea of Marmara, Turkey
Marmara Denizi'ndeki merkez havza ve Batı Yüksekliği'nin 2-boyutlu ısı ve akışkan akış modellemesi
- Tez No: 637213
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DOĞA DOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeofizik Mühendisliği, Geophysics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Bu tezin amacı, Marmara Denizi'nde bulunan Merkez Havza ve Batı Yüksekliği'nin ısı dağılımı ve akışkan akış modellemesini yaparak bu kritik bölgedeki ısı dağılımını, gaz ve akışkan hareketini anlamaktır. Çalışma alanı olarak Merkez Havza ve Batı Yüksekliği'nin seçilmesinin sebebi ise önceki çalışmalarda bu bölgelerde gaz ve akışkan çıkışlarının deniz tabanında yoğunlukla gözlemlenmiş olmasıdır. Bahsedilen gaz ve akışkan çıkışlarının mekanizmasını anlamaya yönelik bir modelleme çalışmasının yapılması da bu tezin ana amacını oluşturmaktadır. Yöntem olarak sayısal modelleme kullanılmıştır. Bu amaçla, bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı olan Ansys Fluent programı seçilmiştir. Program, uçak mühendisliği, uzay mühendisliği ve kimya alanlarında çoğunlukla kullanılmakla birlikte, yer bilimlerinde de karşılaştırılmalı çalışmalarla yer bilimleri için uygunluğu teyit edilmiştir. Merkez Havza için bu bölgeyi en iyi şekilde temsil ettiği düşünülen SM-46 sismik kesiti ve Batı Yüksekliği için DMS-5 sismik kesiti modelleme çalışması için seçilmiştir. Merkez Havza için 6 km derinliğinde ve yaklaşık 24 km uzunluğunda bir model oluşturulmuştur. Yorumlanmış sismik yansıma kesitine göre Merkez Havza'yı sınırlayan başlıca dört fay bulunmaktadır. Bunlardan F1 ve F2 fayları sınır fayları iken F3 ve F4 ise iç faylardır. Batı Yüksekliği'nde ise derinliği 3 km ve uzunluğu yaklaşık 19 km olan bir model oluşturulmuştur. DMS-5 yorumlanmış sismik yansıma kesitine göre ise Batı Yüksekliği'ni kesen beş fay bulunmaktadır. Bunlardan bir tanesi de Kuzey Anadolu Fayı'nın devamı olarak Marmara Denizi'nin kuzeyinden ilerleyen Ana Marmara Fayı'dır. Modelleme için uygun sismik kesitlerinden seçiminden sonraki adım ise model geometrisi oluşturmaktır. Seçilen kesitler üzerindeki fay, sedimanter birim gibi jeolojik olarak yorumlanmış yapılar, model geometrisi oluşturmak için Plot-Digitizer programında işlenmiştir ve buradan Ansys-Fluent programına aktarılarak model geometrisi oluşturulmuştur. Merkez Havza için fay kalınlıkları 150 metre olarak tanımlanırken Batı Yüksekliği'ndeki 4 fay için 75 metre ve Ana Marmara Fayı için 125 m olarak tanımlanmıştır. Daha sonra bölge için daha önceki çalışmalardan elde edilen ısı akısı değeri, su tabanı sıcaklığı gibi veriler kullanılarak sınır koşulları belirlenmiştir. Her iki bölge için ısı akısı 68 mW/m2, ısıl iletkenlik değeri 2.5 W.m-1.K-1 ve su tabanı sıcaklığı 14°C alınmıştır. Buna göre Merkez Havza'nın 6 km derinlikteki tabanı için sıcaklık değeri 158°C ve Batı Yüksekliği'nin 3 km derinlikteki tabanı için sıcaklık değeri 82°C olarak hesaplanmıştır. Modellerin güney ve kuzey duvarlarını temsil eden dik sınırlarda ısı ve kütle aktarımı olmadığı için geçirimsizdir ve dolayısıyla sınır koşullarında ısı akısı sıfır olarak tanımlanmıştır. Bununla birlikte, hidrostatik basınç değerleri her iki model için de deniz tabanı morfolojisine uygun biçimde su kolonu kalınları göz önünde tutularak hesaplanmıştır. Bu hesaplarda yer çekimi ivmesi -9.81 m/s2 olarak alınmıştır. Tüm bunlara ek olarak çözümler gözenekli ortam koşullarına göre yapılacağından permeabilite, porozite gibi fiziksel parametrelerle jeolojik birimler tanımlanmalıdır. Bu sebeple, fay, sedimanter birim ve ana kaya olmak üzere üç farklı birim için uygun permeabilite ve porozite değeri seçilmeye çalışılmıştır. Modelde, permeabilite değerleri en büyükten en küçüğe sırasıyla faylar, sedimanter birimler ve anakaya için tanımlanmıştır. Buraya kadar permeabilite, porozite, sıcaklık ve hidrostatik basınç gibi fiziksel parametreler kullanılarak modellerin sınır koşulları ve birimlerin özellikleri programa giriş verisi olarak girilmiştir. Daha sonraki aşama, ısı dağılımı ve akışkan akışlarını hesaplamaktır. İki boyutlu modelleme için ısı dağılımı ve akışkan akışları XX-YY yönlerinde zamana bağlı olarak hesaplanmıştır. Hesaplanan zaman dilimleri ise 100 yıl, 1000 yıl, 10000 yıl, 100000 yıl ve 1 milyon yıldır. Merkez Havza ve Batı Yüksekliği'ni temsil eden modellerin her ikisi de kararlı (steady-state) duruma ulaşmışlardır. Bu kararlı durum sonuçlarına göre, hesaplanmış ısı dağılımı haritalarında genel olarak lineer ve yumuşak bir geçiş gözlemlenirken fayların yakınında kontür çizgilerinin eğimlendiği göze çarpmaktadır. Burada fayların daha yüksek permeabilite değerine sahip olduğu için etkisinin yüksek olduğu söylenebilir. Kararlı durum akışkan akış sonuçlarına göre, Merkez Havza için akışkan akış hızı 6.06e-16 m/s ile 2.80e-08 m/s arasında değişmektedir. Merkez Havza'nın güney ve kuzeydeki birimler 6.06e-16 m/s gibi yukarı yönlü düşük hızlı akışkan akışı gözlemlenirken havzanın iç bölümlerinde 4.12e-12 gibi biraz daha yüksek hızlar göze çarpmaktadır. İç havzada yüksek hıza sahip akışkan akış vektörleri genellikle yanal yönlüdür. Bunun yanında, faylarda ise 3.40e-10 m/s yüksek hızlı akışkan akışları önem arz eder. Faylarda akış akış vektörlerinin yönü değişim göstermektedir. Merkez Havza'nın F3 ve F1 faylarının akışkanı aşağı yöne taşıyarak havzanın kuzey kısmını bir depo alanı gibi yansıtırken güneyde yer alan F2 ve F4 faylarının yukarı yönlü çalıştığı görülmektedir. Aynı zamanda, Merkez Havza'nın iç kısmı bir geçiş alanı gibi yorumlanabilir, çünkü burada kuzeyden aktarılan akışkanın sediman birim içinden yolculuk ederek güneye baskın olarak yatay yönlü hareketi gözlenmektedir. Bunun aksine, güney ve kuzey kenardaki birimlerin üstünde yukarı yönlü, görece yüksek hızlı akışkan vektörleri yer almaktadır. Bunun sebebi, bu iki kenarın Merkez Havza'nın içine oranla daha düşük hidrostatik basınç değerine sahip olmasıdır. Öte yandan Batı Yüksekliği için kararlı durum akışkan akış hızları 1.19e-14 – 1.10e-07 m/s aralığında hesaplanmıştır. Batı Yüksekliği, düşük hidrostatik basınç, ikincil ve kayma yapılarının varlığı sebebiyle Merkez Havza'dan görece daha büyük akışkan akış hızına sahiptir. Yukarı yönlü, 3.11e-09 m/s yüksek hızlı akışkan akış vektörleri genel olarak Batı Yüksekliği'nin tepelik alanlarında yoğunlaşır. Buna ek olarak, aktif ve inaktif faylarla birlikte Ana Marmara Fayı 1.85e-08 m/s büyüklüğündeki aşağı yönlü akışkan akış vektörleri sebebi ile bu alanda sirkülasyonu sağlayan en aktif faydır. Sadece R4 fayı yukarı yönlü akışkan akış vektörlerine sahiptir, fakat hızlar 2.50e-12 mertebelerindedir. Sonuç olarak, Merkez Havza ve Batı Yüksekliği için hesaplanan kararlı durum akışkan akış hızlarının değeri, Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunan Basin and Range Jeotermal Bölgesi'nin 2.0e-14 ve 1.7e-08 m/s hızlarından biraz daha küçüktür. Bunun dışında, faylar sistemde ısıyı ve akışkanı iletmekle sorumlu olduğu söylenebilirde. Bu nedenle gaz ve sıvı akışını hidrostatik basınç ve geçirgenlik gibi fiziksel koşullara göre taşıyarak ve dağıtarak sistem içindeki çevrimi sağlarlar. Merkez Havza'nın iç kısımda yanal yönlü akışkan akış vektörleri gözlemlenmiştir, burada çevrim yine farklı yönlerde ama yüksek hızlı akışkan akış vektörlerine sahip faylarla desteklenmektedir. Merkez Havza'nın kuzey yamacı, depo alanı olarak yorumlanabilir. Batı Yüksekliği'nde ise aşağı yönlü akışkan akışını en büyük oranda sağlayan fay Ana Marmara Fayı'dır. Ayrıca tepelik alanlarda yukarı yönlü yüksek hızlı akışkan akışının gözlemlenmesinin sebebi ikincil ve kayma yapılardır. Son olarak, modelleme için kullanılan parametreler ile hesaplanan ısı dağılımı ve akışkan akış modelleri önceki sismik, sismolojik ve gaz çıkış çalışmalarıyla birbirini destekler durumdadır.
Özet (Çeviri)
The main objective of this thesis is modelling the fluid flow and heat distribution of the Central Basin and the Western High of the Sea of Marmara to understand both heat distribution and gas and fluid flow in this critic region. For this purpose, two seismic sections are selected to create a real-earth model, which are SM46 for Central Basin and DMS-5 for Western High. Furthermore, interpreted geological features like faults, sedimentary units are transferred for the construction geometry and meshing, properly. After that, the physical parameters are accordingly determined to clarify boundary and cell zone conditions of the models, which are permeability, porosity, temperature and hydrostatic pressure. Thus, models are calculated through the time, numerically, also they reach the steady state condition. According to the results like heat distribution models and calculated velocity in XX and YY directions, the created models are adjusted to previous studies in this region. Generally, faults have responsibility to transport fluid inside of the system, so they provide a circulation by migrating and distributing gas and fluid flow accordingly to physical conditions like hydrostatic pressure and permeability. Besides, it is thought that the northern part of the Central Basin act a depocenter by promoting faults that F3 and F1 fault, when fluid and gas flow observed in the southern branch of the basin with F2, F4 faults. At the same time, inside of the Central Basin is interpreted as a transportation area because of the dominant lateral movements, while northern and southern branches have upward fluid flow activity with higher velocity on the seafloor. On the other hand, Western High shows a little bit higher fluid flow velocity values than the Central Basin due to the lower hydrostatic pressure, subsidiary and shearing structures. In addition, Main Marmara Fault has active role for circumstance of the fluid flow in the Western High with other active/inactive faults. Therefore, modeling results are in good agreement with previous studies.
Benzer Tezler
- Gemi diesel motorlarında silindir modellemesi
The Modelling of the cylinder in marine diesel engines
GÖKHAN ERTÜRK
- 3-D velocity structure of the gulf of Izmir (Western Turkey) by using traveltime tomography
İzmir körfezi'nin seyahat zamanı tomografisi ile 3-B hız modelinin elde edilmesi
ZEHRA ALTAN SAĞLAM
Doktora
İngilizce
2022
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESLİHAN OCAKOĞLU GÖKAŞAN
- Sürgülü yön denetim valflerinde yük kaybının yarattığı ısı miktarı
Pressure drop and heat generation in spoel type valves
AHMET DİNÇER
Doktora
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN F. GENCELİ
- Partikül yüklü, eş eksenli iki jet için karışma ve yanma modeli
A Mixing and combustion model for particle-laden confined coaxiol jets
METİN ERGENEMAN
- Marmara Bölgesi'nde soğurulma yapısının incelenmesi
Investigation of attenuation structure in the Marmara region
AYŞE KAŞLILAR ÖZCAN