Analysis of aerosol deposition in narrow channels and human trachea
Dar kanallarda ve insan trakeasında aerosol birikiminin analizi
- Tez No: 912940
- Danışmanlar: PROF. DR. HAIFENG GU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Nükleer Mühendislik, Nuclear Engineering
- Anahtar Kelimeler: Partikül Birikimi, İnsan Trakeası, Çatlak Şekil, Aerosol Partikülleri, Birikim Oranı, Particle Deposition, Human Trachea, Crack Shape, Aerosol Particles, Deposition Rate
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Harbın Engıneerıng Unıversıty
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Nükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İnsanlar günlük yaşamın her alanında aerosollere maruz kalıyor. Hatta soluduğunuz havada bile bulunmaktadır. Bu nedenle, bu çalışma aerosollerin birikimi üzerine odaklanacaktır. Tezimizi bölümlere ayırmamız gerekirse iki ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölüm, bir kaza sırasında Nükleer Santrallerdeki Muhafaza Kabında (Containment) oluşabilecek çatlak yüzeylerini (dar kanallar) incelemektedir. İkinci bölümde ise çatlak yüzeyden salınan radyoaktif partiküllerin insan soluk borusunun neresinde (lokal olarak) ve ne kadar biriktiği araştırılmaktadır. Bu analizler Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) kullanılarak simüle edilmiştir. Parçacıkları takip etmek için CFD programından Ayrık Faz Modeli (DPM) seçilmiştir. İlk olarak Muhafaza içerisinde oluşabilecek çatlak yüzeyler“Düzenli Dar Kanal”ve“Karmaşık Dar Kanallar (L-Şekli, Açılı Şekil ve Kavisli Şekil)”olarak ele alınmıştır. İkinci olarak insan soluk borusu üzerinde simülasyonlar yapılmıştır. Gerçek bir trakea elde etmek için 3D dilimleyici programı kullanılmıştır. Elde edilen trakea CFD programında DPM seçilerek analiz edilmiştir. Geometri analizi yapılırken ilk kısımda Containment içerisinde kaza anında oluşabilecek basınç değeri 5 bar olarak kabul edilmiştir (çıkış için atmosferik basınç kabul edilmiştir). Laminer akış ve türbülanslı akış analizlerinde kullanılan Reynolds aralıkları sırasıyla 72 - 140 ve 2500 - 4500'dür. Çatlak analizi yapılırken boyut (Uzunluk, Genişlik, Yükseklik, Açı) incelenmiştir. İkinci bölümde insan soluk borusu incelenirken iç basınç 1.00925 bar (757 mmHg) olarak kabul edilmiştir. Laminer akış ve türbülanslı akış analizlerinde kullanılan Reynolds değerleri sırasıyla 1730 ve 3460'dır. Akış tipi (Laminer-Türbülanslı) analiz edilirken hacimsel akış hızı değerleri sırasıyla 15 L/dk ve 30 L/dk olarak kabul edilmiştir. Ayrıca, insan trakeası bölgesel olarak analiz edilmiştir. Bu analizlere ek olarak, tüm geometriler için aerosol boyutu (mikron altı - mikron), aerosol yoğunluğu ve türleri (CsI, BaO, BaSO4 ve TeO2) araştırılmıştır. Partikül çapının hem mikron partiküller hem de mikron altı partiküller için biriktirme modelleri üzerinde önemli bir etkisi vardır. Mikron partiküllerin toplam biriktirme verimliliği partikül çapı arttıkça artarken, mikron altı partiküller için tersi geçerlidir. Çapı 0,1 μm'den (mikron altı) küçük partiküller yalnızca difüzyon nedeniyle birikir. Ancak, çapı 0,1 μm'den (mikron) büyük partiküller de çökelme nedeniyle birikir. Mikron partiküller aynı zamanda yerçekimi ile de birikir. Parçacıkların boyutu azaldıkça birikme oranı artar çünkü Brownian hareketi nano parçacıkların birikmesi için baskın mekanizmadır ve difüzyon daha küçük parçacıklar için artar. Uzunluk ve kalınlık çalışmasında yaptığımız değişikliklerin partikül birikimi üzerinde gözle görülür bir etkisi olduğunu gözlemledik. Ancak genişlik analizinde gözle görülür bir etki gözlemlenmedi. Yoğunluk karşılaştırmasında ise yüksek yoğunluğun düşük yoğunluğa göre daha fazla birikime neden olduğunu gözlemledik. Ayrıca insan trakeası bölgesel olarak incelendiğinde (aerosollerin boyut ve yoğunluğuna bağlı olarak) özellikle bazı bölgelerde daha fazla birikim olduğu gözlemlendi.
Özet (Çeviri)
The people are exposed aerosols in all areas of daily life. It's even in the air you breathe. For this reason, the study will focus on the deposition of aerosols. If we need to divide our thesis into sections, it consists of two main sections. The first part examines the crack surfaces (narrow channels) that may occur in Containment in Nuclear Power Plants during an accident. The second part investigates where (locally) and how much radioactive particles released from the cracked surface are deposited on the human trachea. These analyzes are simulated using Computational Fluid Dynamics (CFD). The Discrete Phase Model (DPM) was selected from the CFD program to track the particles. Firstly, the cracked surfaces that may occur in the Containment were handled as“Regular Narrow Channel”and“Complex Narrow Channels (L-Shape, Angle Shape, and Curved Shape). ”Secondly, simulations were made on the human trachea. The 3D slicer program was used to get an actual trachea. The obtained trachea was analyzed by selecting DPM in the CFD program. While performing geometry analysis, in the first part, the pressure value that may occur in the Containment at the time of an accident is accepted as 5 bar (atmospheric pressure is accepted for the exit). The Reynolds ranges used in laminar flow and turbulent flow analysis are 72 - 140 and 2500 - 4500, respectively. When analyzing the crack, size (Length, Width, Height-Angle) was examined. In the second part, while examining the human trachea, the internal pressure was accepted as 1.00925 bar (757 mmHg). The Reynolds used in laminar flow and turbulent flow analysis are 1730 and 3460, respectively. Whereas analyzing the flow type (Laminar-Turbullant), volumetric flow rate values were accepted as 15 L/min and 30 L/min, respectively. Also, the human trachea was analyzed with regional. In addition to these analyzes, aerosol size (submicron - micron), aerosol density, and types (CsI, BaO, BaSO4, and TeO2) were investigated for all geometries. The particle diameter has a substantial influence on deposition patterns for both the micron particles and submicron particles. The total deposition efficiency of the micron particles increases as the particle diameter increases, while the inverse is true for submicron particles. Particles smaller than 0.1 μm (sub-micron) in diameter are solely deposited due to diffusion. However, particles larger than 0.1 μm (micron) in diameter are also deposited due to sedimentation. Micron particles are simultaneously deposited by gravitational. The rate of deposition increases as the size of particles decreases because the Brownian motion is the dominant mechanism for deposition of nano-particles, and diffusion is enhanced for smaller particles. We observed that the changes we made in the length and thickness study had a visible effect on particle deposition. However, no noticeable effect was observed in the width analysis. In the density comparison, we observed that the higher the density causes more deposition than the lower density. In addition, when examining the human trachea regionally (depending on the size and density of the aerosols), it was observed that there was more deposition, especially in some regions.
Benzer Tezler
- FeNiCoCu yüksek entropili alaşımlarının ultrasonik sprey piroliz tekniği ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of FeNiCoCu high entropy alloys via ultrasonic spray pyrolysis method
BURAK KÜÇÜKELYAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
- Changes in the chemical composition of soil in Ankara due to the deposition of atmospheric pollutants
Ankara toprağının kimyasal bileşiminin atmosferik kirleticilerin çökelmesine bağlı değişimi
OZAN DEVRİM YAY
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRDAL TUNCEL
- Determinations of major ions in Uludağ National Park
Uludağ Milli Parkında temel iyonların belirlenmesi
SERPİL (YENİSOY) KARAKAŞ
- Chemical characterization and speciation of the macro nutrients in the atmospheric particles, dry and wet deposition modes over the Eastern Mediterrenean: Source areas, bio-availability and impact of atmospheric inputs on marine productivity
Doğu Akdeniz'deki atmosferik parçacıkların, kuru ve yaş çökellerinde makro besin tuzu içeriklerinin belirlenmesi ve türleştirilmesi: Kaynak bölgeler, biyo-kullanılabilirlik ve atmosferik girdilerin denizsel üretime etkisi
MÜNEVVER NEHİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Deniz BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiOşinografi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. MUSTAFA KOÇAK
- Size separationand dry deposition fluxes of particles in the eastern mediterranean basin
Doğu Akdeniz havzasındaki parçacıkların boyutsal ayrıştşrşlması ve kuru çökelme akıları
ESRA KULOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRDAL TUNCEL