Fiziksel ve kimyasal moleküler gaz dinamiği simülasyonu
Physical and chemical molecular gas dynamics simulations
- Tez No: 424481
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLYAS KANDEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Olay-Güdümlü Moleküler Dinamik Simülasyonu, Kayma Kaynaklı Akış, Basınç Farkı Kaynaklı Akış, Mikro Akış, Bimoleküler Reaksiyon, Moleküler dinamik benzetimi, Event-Driven Molecular Dynamics Simulation, Shear-Driven Flow, Pressure-Driven Flow, Micro Flow, Bimolecular Reaction, Molecular dynamic simulation
- Yıl: 2015
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Ortalama serbest yolun karakteristik uzunluğa oranı olarak tanımlanan Knudsen sayısı ( Kn ) gaz akışı problemlerinde rejimi belirleyen önemli bir parametredir. Kn <0.001 için sürekli ortam söz konusudur ve kaymama sınır koşulu ( no-slip ) ve Navier-Stokes (N-S) denklemleri ile modellenebilir. Kayma rejiminde ( slip-regime ) (0.001< Kn <0.1) ise N-S denklemleri kayma sınır koşulları ile geçerlidir. Karakteristik boyutun ortalama serbest yol ile mukayese edilebilir boyutta olduğu mikro akışlar ve yakın uzay gibi daha yüksek Kn sayılı problemlerde sürekli ortam modeli geçerliliğini yitirmeye başlar. Ayrıca seyrekleşme ( rarefication ) ve sıkıştırılabilirlik ( compresibility ) etkilerinin akışı domine ettiği görülür. Sürekli ortam kabulünün geçerliliğini yitirdiği bu akışlar temellerini kinetik teoriden alan parçacık simülasyon yöntemleri ile modellenir. Bu çalışmada fiziksel ve kimyasal gaz simülasyonları için bir Olay-Güdümlü Moleküler Dinamik (OGMD) simülasyonu yazılımı geliştirilmiştir. Nesne yönelimli yapısı, geliştirilen yazılımın çeşitli molekül tipleri ile ve sistemlerle çalışabilmesini sağlamaktadır. Hücre bölümlendirme ve olay kuyruğu yapılarından faydalanılması yüksek sayıda molekül içeren sistemlerin simülasyonlarının hızlı bir şekilde yürütülmesini sağlamıştır. Ayrıca hücre boyutu gibi simülasyon parametrelerinin en iyi performansı sağlayan değerleri belirlenmiştir. Uygulanan esnek olmayan çarpışma yaklaşımı diatomik moleküllerin OGMD ile modellenmesini mümkün kılmıştır. Buna göre çok atomlu moleküllerin çarpışma zamanları analitik olarak hesaplanmakta, çarpışma sonrası hızları ise stokastik olarak bir dağılımdan belirlenmektedir. Direkt Simülasyon Monte Carlo (DSMC) yönteminden uyarlanan bir akış sınır koşulu, kayma gerilimi ve basınç farkı kaynaklı akışların OGMD ile modellenebilmesini sağlamıştır. Hesaplanan kayma hızları, DSMC sonuçlarıyla ve belli bir Kn sayısına kadar analitik çözümlerle uyum içerisindedir. Çalışmada son olarak hipotetik bir bimoleküler kimyasal reaksiyon modellenmiştir. Hesaplanan reaksiyon kinetiğinin analitik çözümü ile tutarlı olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Knudsen number (Kn) defined as the ratio of mean free path to the characteristic length of the flow is an important parameter to determine the flow regime. For Kn<0.001, the flow is in the continuum regime and can be modelled using Navier- Stokes (N-S) equations with no-slip boundary conditions. In slip regime 0.001< Kn <0.1 validity of N-S equations are valid with slip boundary conditions. For high Kn flows, like micro and nano-flows, in which the characteristic length is in the same order with the mean free path, linear relation between shear stress and flow velocity gradient is lost, similarily in the case of heat flux vector and temperature gradient. Rarefaction and compression effects are also observed in flow. Such flows for which continuum approach collapses can be modelled with molecular simulation methods based on kinetic theory. In this study, an Event-Driven Molecular Dynamics (EDMD) software is developed for physical and chemical gas simulations. Its object oriented structure ensures that developed software can work with various molecule types and systems. Use of cell and event queue structures enables faster simulations of the systems with large number of molecules. Simulation parameters for optimum performance like cell- size are also determined. Implementation of an inelastic collision scheme facilitates to model diatomic molecules in EDMD. Accordingly, collision times of molecules are calculated analytically but post-collisional velocities are determined stochastically from a distribution. A flow boundary treatment adapted from Direct Simulation Monte-Carlo (DSMC) method allows to model shear and pressure-driven flows in EDMD. Calculated slip velocities agree well with DSMC results and analytical solutions up to specific Kn. Finally, a hypothetical bimolecular reaction is modelled in the study. Computed reaction kinetics are consistent with the analytical solution.
Benzer Tezler
- Isıl dengeden uzak azot gazı içindeki kamaya ait şok uzaklığının HAD ile belirlenmesi
Determination of shock stand-off distances over wedges for thermally non-equilibrium nitrogen gas via CFD
UMUT YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAYRAM ÇELİK
- Stabilized finite element simulations of multispecies inviscid hypersonic flows in thermochemical nonequilibrium
Termokimyasal dengesizlikteki çok bileşenli viskozitesiz hipersonik akışların stabilize edilmiş sonlu eleman benzetimleri
SÜLEYMAN CENGİZCİ
Doktora
İngilizce
2022
MatematikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilimsel Hesaplama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMÜR UĞUR
PROF. DR. TAYFUN E. TEZDUYAR
- Püskürtmeli kurutucuda disodyum oktaborat tetrahidrat üretimi ve modelleme çalışmaları
Experimental and modelling studies of disodium octaborate tetrahydrate production in a spray dryer
ERCAN ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2009
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLHAYAT NASÜN SAYGILI
- Controlled lateral and perpendicular motion of atoms on metal surfaces
Atomların metal yüzeylerinde yatay ve düşey yönde kontrollü hareketleri
ALPER BULDUM
Yüksek Lisans
İngilizce
1994
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiPROF. SALİM ÇINARCI
- Mg3Bi2'un katı ve sıvı fazlarda moleküler dinamik simülasyonu
Molecular dynamics simulation of Mg3Bi2 at solid and liquid phases
FİLİZ KAYADİBİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇETİN TAŞSEVEN