Modeling of stress development in aerogel preparation
Aerojel üretiminde gerilim oluşumunun modellenmesi
- Tez No: 76472
- Danışmanlar: DOÇ.DR. SERMİN SUNOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aerojel, Aerogel
- Yıl: 1998
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Aerojeller, kritik-ötesi kurutma işlemi ile birleştirilmiş sol-jel yöntemi ile üretilirler. Bu maddeler, yüksek gözeneklilik, düşük yoğunluk, yüksek ısıl iletkenlik gibi özellikleri nedeniyle değişik alanlarda kullanılabilirler. Kurutma, bu sırada oluşan gerilimler yapıda büzülme ve kırılmaya neden olabileceğinden, istenen özelliklere sahip aerojel üretimindeki en önemli aşamalardandır. Bu çalışmada, gözenek sıvısının kritik sıcaklığına kadar ısıtma sırasındaki gerilim oluşumu, elastik ve eşyönsel olan dairesel bir plaka için modellenmiştir. Gözenek sıvısının çap yönündeki akışı ihmal edilmiş ve z yönündeki akış için Darcy Kanunu benimsenmiştir. Serbest dairesel plaka için çıkarılmış, integro-diferansiyel bir denklem olan model, çap yönünde konulmuş kısıt için incelenmiştir. Bu durumda, gözenek sıvısı çap yönünde akamaz ve jel yapısı bu yönde genleşemez. Çap yönünde kısıt uygulandığında, dairesel plaka ile yüksek kalınlıktaki bir silindir arasındaki fark kaybolur. Çünkü, her iki durumda da akış z yönündedir ve en yüksek gerilimler çap yönünde oluşur. Model denklemleri, ısıtma hızının, esneklik katsayısı ve jel yapısının geçirgenliğinin etkisini incelemek üzere çözülmüştür. Jel yapısının yoğunlaşma tepkimeleri sonucu büzülmesi de dikkate alınmıştır. Geometrisi silindir olan silika jeli için değişik koşullarda hesaplanmış gerilimler, alkojel için 0.2 MPa ve aerojel için 2 MPa olan kırılma katsayısı ile karşılaştınlmıştır. Amaç, belirli koşullar altında, tek parça halinde malzeme üretme olanağının olup olmadığını belirlemektir. Yapılan hesaplar sonucunda, çap yönündeki kısıtın, gerilim oluşumunu önemli ölçüde artırdığı ve silindirin kırılmasının kaçınılmaz olduğu görülmüştür. Bu nedenle ısıtma hızı çok düşük bir değere indirilmiştir (0.04 °C/dk.). Aslında, sıcaklığı dakikada 0.04 °C artırmanın fiziksel bir anlamı yoktur. Çünkü bu ısıtma hızıyla kritik sıcaklığa ulaşmak yaklaşık dört gün sürmektedir. Bu çok düşük ısıtma hızında bile oluşan gerilimin büyüklüğü, düşük sıcaklıklarda 0.4 MPa ulaşmakta ve yoğunlaşma tepkimelerinden kaynaklanan büzülme hesaba katıldığında 2 MPa değerini geçmektedir.Aynı hesaplar, dairesel plaka için de yapılmıştır. Isıtma hızının, esneklik katsayısının ve geçirgenliğin etkisi incelenmiştir. Dairesel plakada gerilim oluşumunun silindirden daha düşük olduğu görülmüştür. Dairesel plakanın, kırılma katsayısı bilinmediği için, hesaplanmış gerilimlerle bir karşılaştırma yapılamamıştır. Model, gözenekli maddelere uygulanabilir ve aerojel üretiminde en iyi ısıtma hızlarını bulmakta kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Aerogels are prepared by sol-gel method associated with supercritical drying. They are used in different areas due to their special characteristics such as high porosity, low density, low thermal conductivity. Drying is one of the critical steps in producing aerogels with desired properties, since drying stresses can cause shrinkage and cracking during the process. In this study, stress development during heating to the critical temperature of pore liquid is modeled for an elastic, isotropic, circular plate. The flow of pore liquid in the radial direction is neglected and Darcy's Law is applied for the flux in the axial direction. The model, which is an integro-differential equation, derived for a free circular plate is analyzed where radial constraint is in effect. Radial constraint prevents the pore liquid from escaping the network in the radial direction. Also, the expansion of the network in this direction is prevented. When radial constraint is applied, the difference between a circular plate and a cylinder of high thickness disappears since the flow is in the axial direction and the most significant stress occurs in the radial direction in both cases. The model equations are solved to observe the effects of heating rates, shear moduli and permeability of the network. The presence of syneresis, spontaneous shrinkage due to condensation reactions, is also examined. The magnitudes of stresses determined at different conditions for the cylindrical silica gel are compared to the modulus of rupture which is 0.2 MPa for the alcogel and 2 MPa for the aerogel. The aim is to determine whether or not production of crack-free monolithic materials is possible under specified conditions. It is observed that, radial constraint increases stress development significantly and fracture of the cylinder is inevitable. Therefore, heating rate is decreased to a very low value (0.04 °C/min). Actually, increasing temperature 0.04 °C per minute doesn't have a physical meaning since with that rate, it takes about four days to reach the critical temperature. Even at this low heating rate, the magnitude reaches about 0.4 MPa at low temperatures and it even exceeds 2MPa when syneresis is taken into account.The analysis is repeated for a circular plate. The effect of heating rate, shear modulus and permeability are studied. It is observed that stress formation is lower in comparison to the cylindrical silica gel. Since the modulus of rupture of the circular plate is not known, a comparison with the magnitudes of the computed stresses could not be made. The model can be applied to any porous material and used to find the optimum heating rates for aerogel production.
Benzer Tezler
- Development of energy absorption capability of present body armor system by adding different filler materials and changing geometry
Mevcut vücut zırhı sistemlerinin farklı dolgu malzemeleri eklenerek ve geometri değiştirilerek enerji sönümleme kapasitelerinin geliştirilmesi
ALİ İMRAN AYTEN
Doktora
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT EKİCİ
PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
- Yüklenmiş zeminlerde gerilme-deformasyon davranışının teorik tanımlanması ve modellenmesi
Stress-strain behaviour of soils under loading-theoretical development and modeling
SADIK ÖZTOPRAK
Doktora
Türkçe
2002
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. S. FEYZA ÇİNİCİOĞLU
- Modeling of hydrodynamics and heat transfer in dilute liquid-solid upward flows through an annulus
Eş merkezli iki boru arasında yukarı doğru akan seyreltik katı-sıvı karışımlarında hidrodinamik ve ısı transferinin modellenmesi
SENEM ERŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜLAY A. ÖZBELGE
YRD. DOÇ. DR. AHMET N. ERASLAN
- COVID-19 pandemi stresi ve obsesif kompulsif semptomlar arası ilişkide duygu düzenleme güçlüğü, obsesif inançlar ve tiksinmenin aracılık rollerinin incelenmesi: Yapısal eşitlik modellemesi örneği
Examining the mediating roles of difficulty in emotion regulation, obsessive beliefs and disgust in the relationship between COVID-19 pandemic stress and obsessive compulsive symptoms: A structural equation modeling example
ALPEREN GÜÇLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
PsikolojiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiPsikoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZDEN YALÇINKAYA ALKAR
- Bir saha çalışması: 6 Şubat Depremlerini yaşayan hataylı bireylerde depresyon ve travma sonrası stres bozukluğu gelişimine sindemik yaklaşım
A field study: a syndemic approach to the development of depression and post-traumatic stress disorder in individuals from hatay who experienced the February 6 Earthquakes
HANDE GAZEY
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2024
PsikiyatriGazi ÜniversitesiRuh Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK CANDANSAYAR