Multiphysics modeling of surface charge and pressure-driven electrokinetic flow in micro/nano scale porous media
Mikro/nano ölçeklerdeki gözenekli yapılarda yüzey yükü ve basınç tahrikli elektrokinetik akışın çoklu-fizik modellemesi
- Tez No: 671648
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT BARIŞIK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Mikro/nano ölçekte sıvı taşınımının doğru karakterizasyonu, endüstriyel, tarımsal ve tıbbi bilimlerde kullanılan çok sayıda uygulama için önem arz etmektedir. Bu uygulamalarda, elektrokinetik etkileşimler akışkanın davranışını önemli ölçüde etkiler ve bu da geleneksel akışkanlar dinamiği yaklaşımlarının yetersiz kalmasına neden olur. Spesifik olarak, sıvı/katı arayüzüne yakın bölgelerdeki hidrodinamik, elektrokinetik etkilere göre değişiklik gösterir. Bu nedenle, mevcut çalışma, çeşitli gözenekli sistemlerde ve çeşitli iyonik koşullarda sıvı taşınımının karakterizasyonuna odaklanmaktadır. Poisson-Nernst-Planck (PNP) denklemleri, Navier-Stokes (NS) denklemleriyle birlikte sayısal olarak çözüldü. Yüzeylerin elektrik yüklerini hesaplamak için yük düzenleme (YD) sınır koşulu kullanıldı. İlk olarak, nano ölçekli sistemlerin yüzey yükü, elektriksel çift tabaka (EÇT) çakışması ve giriş/çıkış etkileri dikkate alınarak analiz edildi. EÇT çakışması yüzey yükünü azaltırken, giriş/çıkış etkileri ters bir davranış sergilemiştir. Daha sonra, taşınım, elektrokinetik ve sınır kayması etkileri altında Darcy yasasına göre hidrolik iletkenliğin hesaplanmasıyla karakterize edildi. Sonuçlar, elektrokinetik etkilerin artan konsantrasyonlar ve azalan kanal boyutları ile hidrolik iletkenliği düşürdüğünü göstermiştir. Sabit kayma uzunluğunun uygulandığı kayma koşulunda, yüzeyde oluşan hız kayması, porozite ve iyonik koşullara güçlü bir bağımlılık göstermiştir. Düşük porozite ve yüksek konsantrasyonlar için, yüksek kayma uzunluklarında bile hemen hemen kaymama koşulları gözlenmiştir. Sonuçlar, mikro/nano ölçekte gözenekli sistemlerdeki taşınımın, gözenekli sistemin parametrelerine ve iyonik koşullara bağlı olarak gelişen elektrokinetik etkilerden büyük ölçüde etkilendiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Accurate characterization of fluid transport in micro/nano confinements is essential for numerous applications from industrial, agricultural, and medical sciences. In these applications, electrokinetic interactions dominate the fluid behavior, which causes conventional fluid dynamics to become incomplete. Specifically, near-wall hydrodynamics and liquid/solid coupling at the interface varies by electrokinetic effects. Therefore, the current study focuses on characterization of the fluid transport at various porous systems and ionic conditions. The Poisson-Nernst-Planck (PNP) equations were numerically solved coupled with the Navier-Stokes (NS) equations. Charge regulation (CR) boundary condition is employed to calculate the charging behavior of the surfaces. First, the surface charging of nano-scale systems was analyzed by considering the electric double layer (EDL) overlap and inlet/outlet effects. While EDL overlap decreased the surface charge, inlet/outlet effects presented an opposite behavior. Then, transport is characterized by calculating the hydraulic conductivity from Darcy's law under electrokinetic and boundary slip effects. The results showed that electrokinetic effects decrease the hydraulic conductivity with increasing concentrations and decreasing confinement sizes. At slipping condition with a constant slip length applied, velocity slip developing on surface showed strong dependence on porosity and ionic conditions. For low porosities and high concentrations almost no-slip conditions were observed even at high slip lengths. Results showed that the transport in micro/nano-scale porous systems is dominated by electrokinetic interactions depending on porous system parameters and ionic conditions.
Benzer Tezler
- Propulsion-airframe integration for low-boom supersonic aircraft
Düşük gürültülü sesüstü hava araçlarında itki-gövde entegrasyonu
RUMED İMRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Yarıiletken gaz boşalma sisteminde plazma süreçlerinin modellenmesi ve uygulanması
Modeling and application of plasma processes in semiconductor gas discharge system
EVRİM TANRIVERDİ
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE HİLAL KURT
- Mikroakışkan çip tasarımı ve analizi
Microfluidics chip desing and analysis
İSMET ÜNALLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mekatronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. SEZGİN ERSOY
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSHAK ERTUĞRUL
- Three-dimensional modeling of heat transfer and fluid flow in a flat-grooved heat pipe
Düz oluklu ısı borularında akışın ve ısı transferinin üç-boyutlu modellenmesi
CEM KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARBAROS ÇETİN
- Design of micro ejector with comsol multipyhsics
Comsol multiphysics ile mikro ejektör tasarimi
LEMAN GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA DEMİRCİOĞLU