3,608
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Archived Theses
Disk kanatçık sistemlerindeki düzensizlik davranışının ANSYS programı ile istatistiksel olarak incelenmesi
Gaz türbinli motorlar havacılık uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu motorlar yüzlerce sabit ve dönen parçadan oluşan oldukça karmaşık yapılardır. Gaz türbinli motorların disk kanatçık yapıları, şiddetli titreşim problemlerine maruz kaldıkları bilinen zengin dinamik sistemlerdir. Gaz türbinli motorların ana bileşenleri olan bu disk kanatçık yapılarının arızalanması sadece işletmeler ve toplum için önemli ekonomik kayıplara neden olmakla kalmayıp aynı zamanda insanların hayatlarını tehdit etmektedir. Bu nedenle, gaz türbini motorlarının tasarımları olgunlaşmadan önce birçok analiz ve test sürecinden geçmesi ve olası hataların ayıklanması gerekmektedir. Oldukça karmaşık olan bu yapıların tasarım sürecini kolaylaştırmak ve yapının sonlu elemanlar modelini oluşturabilmek amacıyla disk ve kanatçıklı yapılar genellikle özdeş olacak şekilde bir dizi disk ve kanatçık sektörlerinin bir araya getirilmesi ile oluşturulur. kanatçıkların aynı olduğu varsayılsa da, bu kanatçıklar üretim toleransları, malzeme özelliklerinde değişkenlikler, aşınma ve yıpranma nedeniyle birbirlerinden farklı olma eğilimindedirler. Literatürde, kanatçıklar arasındaki bu küçük farklılıkların etkileri düzensizlik olarak bilinir. Bu düzensizlikler diskin rijitliği ile birleştiğinde, sistemin titreşim enerjisini yalnızca birkaç kanatçığa yoğunlaşabilmektedir. Bu fenomen, mod lokalizasyonu olarak bilinmektedir. Mod lokalizasyonu genellikle birkaç kanatçığın zorlanmış tepki genliklerinde önemli bir artışa neden olmaktadır. kanatçıklardaki zorlanmış tepki genlikleriin artması sonucunda, bu kanatçıklarda yüksek çevrimli yorulma ömrü azalmaktadır. Yüksek çevrimli yorulma hatalarını önlemek amacıyla, araştırmacılar yapının düzensizlik davranışını dikkate almalıdırlar. Bu düzensizlik davranışı, bilinen düzensizlik ve rassal düzensizlik olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir. Bilinen düzensizliklerde, kanatçıklardaki düzensizlik şiddeti, üretilen kanatçıklardan elde edilen ölçümler yoluyla hesaplanır ve yüksek çevrimli yorulma davranışı sadece bu duruma özel olarak elde edilir. Ancak çalışma koşullarında bu kanatçıklar aşınma ve yıpranma nedeniyle birbirlerinden farklı olabilir. Bu nedenle, kanatçıklardaki düzensizlikler rassal ve doğru bir şekilde ölçülmesi zor olduğundan mod lokalizasyonun ne zaman gerçekleşeceği ve hangi kanatçıkların etkilenebileceğini tahmin etmek oldukça güçtür. Geleneksel yöntemlerde kanatçıklardaki düzensizlik davranışı nümerik denklemler ve Monte Carlo örneklemesi gibi istatistiksel yöntemler kullanılarak incelenmektedir. Monte Carlo örneklemerinde, gerçekleştirilecek olan örneklemelerdeki düzensizlik şiddeti rassal olarak seçilmektedir. Elde edilen rassal örneklemin sonuçları, düzenli durum analiz sonuçları ile bölünerek genlik faktörleri hesaplanmaktadır. Olasılık yoğunluğu fonksiyonu ve birikimli olasılık dağılımı bu örneklemden neticesinde elde edilmektedir. Olasılık yoğunluk fonksiyonu, birikimli olasılık dağılımı ve 1000'den fazla örnekleme yardımıyla maksimum genlik faktörü belirlenebilmektedir. Ayrıca, maksimum genlik faktörünü bulmak için farklı standart sapma değerleri için Monte Carlo örneklemesinin tekrar edilmesi gerekmektedir. Günümüzde, nümerik denklemler yerine sonlu elemanlar indirgeme yöntemleri kullanılmasına rağmen sonuçların doğruluğu örnekleme sayısına göre değişir. Literatürde Monte Carlo örneklemelerinin genlik faktörlerini 99.9% güvenilrlik seviyesinde hesaplayabilmesi için en az 1000 örnekleme gerektiği açıkça belirtilmektedir. Bu tez kapsamında, 12 kanatçıklı akademik disk kanatçık modeli dikkate alınmıştır. ANSYS APDL programında parametrik olarak akademik disk kanatçık modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan akademik rotor modelinin statik analizi, 10000 dev/dk açısal hız altında gerçekleştirilmiştir. Statik analizin öngerilme etkisi doğrusal pertürbasyon modal analizine yansıtılmış ve çözülen modal analiz sonucunda doğal frekanslar, mod şekilleri ve harmonik indeksler elde edilmiştir. Bu sonuçların yardımı ile harmonik indeks ve frekans grafiği çizilmiş ve frekans ayrışma noktası tespit edilmiştir. Bu bilgilerin ışığında, 100 Hz ve 1000 Hz aralığında düzensizlik şiddeti olmaksızın mod süperpozison harmonik analizleri gerçekleştirilmiştir. Mod süperpozisyon harmonik analizi için yapısal sönüm oranı 0.05 olarak kabul edilmiştir. Yapılan mod süperpozisyon harmonik analizinden iki önemli tepe noktası gözlemlenmiştir. Birinci tepe noktasının, yapının ilk modunda ve ikinci tepe noktasının, frekans ayrışma bölgesinde olduğu anlaşılmıştır. Düzensizlik şiddeti olmaksızın gerçekleştirilen mod superpozisyon harmonik analizlerinden elde edilen tepe noktalarının sonuçları, genlik faktörlerinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Bu tezde, düzensizlik şiddeti herbir kanatçık için normal dağılım fonksiyonu ve standart sapma değerinin bir fonksiyonu olarak tanımlanmış ve Monte Carlo örneklemeri yerine yüzey merkezli merkezi kompozit tasarım teorisi kullanılmıştır. 0.01'de 0.1' e kadar olan standart sapma değerleri 0.01 er aralıklarla mod süperpozisyon harmonik analizleri kullanılarak incelenmiştir. Her bir standart sapma değeri için 562 analiz yapılmıştır. Tüm standart sapma değerleri için toplamda 5620 adet analiz gerçekleştirilmiştir. Tüm analizlerdebirinci ve ikinci tepe noktalarındaki genlik faktörleri çıkış parametresi olarak tanımlanmıştır. Bu varsayımı kullanarak, kanatçık sayısına bağlı olan örnekleme sayıları önemli ölçüde azaltılmaktadır. Her standart sapma değeri için tasarım uzayı sonuçları elde edildiğinde, elde edilen sonuçların giriş ve çıktış parametreleri arasındaki cevap yüzeyleri oluşturmak için genetik kümelenme cevap yüzeyi metodolojisinde kullanılmıştır. Genlik faktörlerini belirlemek için cevap yüzeyleri üzerinden 10000 adet rassal örnekleme gerçekleştirilmiştir. Bu örnekleme noktaları kullanılarak her bir standart sapma değeri için olasılık yoğunluk fonksiyonu ve kümülatif olasılık dağılımı elde edilmiştir.Bu fonksiyonlar yardımıyla, iki tepe noktası için 99% güvenilirlik seviyesindeki genlik faktörleri hesaplanmıştır. Seçilen standart sapma aralığı 0.01 ile 0.1 için birinci tepe noktasında maksimum genlik faktörünün frekans ayrışma noktasında olmadığı için sürekli olarak arttığı gözlenmiştir. Yapıdaki rijitlik değişimi nedeniyle genlik faktörü sürekli olarak artmıştır. Standart sapma değeri 0.1'de yapının rijitlik değişimi ±% 28.7'dir. Öte yandan seçilen standart sapma aralığı 0.01 ile 0.1 için ikinci tepe noktasındaki maksimum genlik faktörünün sürekli olarak artmadığı gözlemlenmiştir. Sonuçların standart sapma değeri 0.06 'de maksimuma ulaştığı gözlenmiştir. Öte yandan, 0.01 den 0.06'ya kadar olan standart sapma değerleri için, ikinci tepe noktasındaki genlik faktörlerinin birinci tepe noktasındaki genlik faktörlerinden daha büyük olduğu anlaşılmıştır. Standart sapma değeri 0.06 yapıdaki rijitlik değişiklikleri ±% 18.5'tir. Frekans ayrışma bölgesinde genlik faktörünün bir üst limiti olduğu ve bu genlik faktörünün düsük düzensizlik şiddetlerinde oluştuğu açıkça görülmektedir. Teorik maksimum büyütme faktörü, disk kanatçık yapılarındaki kanatçık sayısına bağlı olarak değişmektedir. Bu tekniği kullanarak, maksimum genlik faktörü 20 kanatçığa kadar belirlenebilir. Yapıda, 20'den fazla kanatçığın olduğu durumlarda, kısmi düzensizlik yaklaşımı kullanılabilir.
Ultrasonik tomografi ve ultrases geçiş hızı yöntemiyle betonda kusur tespiti
Türkiye dünyanın en aktif fay hatlarından birinin üzerinde yer almaktadır ve eski yapıların veya yeni yapılan bina, köprü, baraj, viyadük ve endüstriyel zemin gibi beton yapıların, belli bir kalite standartına uygun olması gerekmektedir. Bu nedenle, beton yapılar üzerinde yapılan deneylerle beton yapı kalitesinin tahribatlı veya tahribatsız deney yöntemleriyle belirlenmesi günümüzde önemli bir konu haline gelmiştir. Tahribatsız deneylerin tahribatlı deneylere göre daha kolay uygulanıp, sahada hızlıca sonuç alınması ve beton yapılara hasar vermemesi, tahribatsız deney yöntemlerinin ön plana çıkmasına neden olmaktadır. Bu tez kapsamında, son çıkan tahribatsız deney yöntemlerinden biri olan Ultrasonik Tomografi ve yıllardır yapı kusur tespitinde kullanılan ultrases geçiş hızı yöntemiyle özel üretilen numuneler üzerinde yapay kusurlar ve donatı tespitleri yapılıp, bu iki deney yöntemi uygulama açısından ve deney sonuçların açısından karşılaştırılacaktır. Özel olarak üretimi yapılan 3 farklı 60 cm x 60 cm boyutlarındaki beton numuneler üzerinde önce ultrasonik tomografi, daha sonra ultrases geçiş hızı deneyleri yapılmıştır. Ultrasonik tomografi deneyleri sonucunda ulaşılan 3 kesitten alınan 2 boyutlu görüntüler neticesinde, beton numuneler içerisine yerleştirilen yapay çatlaklar, yerleşmemiş beton blok, şekilsiz bazalt taş blok, doğal taşlar, boşluklu yapıya sahip eps köpük ve gazbeton, yapay beton içi boşluk ve korozyonlu/korozyonsuz çelik donatıların boyutları yüksek doğruluk oranıyla (%91) tespit edilmiştir. Ayrıca bu kusurların beton içerisindeki koordinatları doğruya yakın mertebelerde belirlenmiştir. Fakat boyut ve beton içi konumları yüksek doğrulukla belirlenen bu kusurların türleri hakkında bir yorum yapılamamış ve donatı korozyonuyla, çelik donatı çapları tespit edilememiştir. Ultrases geçiş hızlarıyla aynı numuneler üzerinde yapılan deney sonuçlarında, beton numuneler içerisinde bulunan yapay kusurların ve çelik donatıların bulunduğu bölgelerde meydana gelen hız değişimleri sayesinde beton içerisindeki konumları yaklaşık olarak tespit edilmiştir. Diğer yandan, kusur ve donatıların boyutları, çapları ve türleri hakkında ayırt edici verilere ulaşılamamıştır. Yapılan deneyler sonucunda, ultrasonik tomografi tahribatsız deney yöntemiyle kusur ve donatıların boyutlarının, beton içerisindeki konum belirlemelerinin doğruluk oranı yüksek bir şekilde tespit edildiği, ayrıca bu yöntemle 2 boyutlu 3 kesite görsel olarak ulaşılabilmesi, deneylerin hızlı yapılıp, sonuçlara kolay ulaşılmasına olanak sağlamasıyla ultrases geçiş hızı deney yöntemine göre bir çok avantaj sağladığı sonucuna ulaşılmıştır. Ultrasonik tomografi deney yönteminin sağladığı bu avantajlar sayesinde, sahada servis ömrü biten, içerisinde kusur barındıran veya yetersiz donatı bulunan beton yapılar tespit edilebilir, ortaya çıkabilecek sorunlar önceden belirlenip önlemler alınabilir.
Polimer emdirme yöntemi ile titanyum esaslı açık hücreli köpük üretimi ve karakterizasyonu
Metal köpükler, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, yük taşıma kapasiteleri, yüksek sıvı ve gaz geçirgenliği, yüksek sıcaklıklarda özelliklerini koruyabilme, darbe ve ses sönümlemeyebilme gibi üstün özellik kombinasyonlarına sahip olmaları sebebiyle, mühendislik ve teknoloji uygulamalarında günden güne daha çok kullanım alanı bulmaktadırlar. Titanyum ve alaşımı malzemeler ise köpüklendirilebilir malzemeler arasında yüksek ergime sıcaklıkları, üstün mekanik özellikleri, hafiflikleri ve biyouyumlulukları ile dikkat çekmektedirler. Ancak çok reaktif bir metal olması sebebiyle atmosfer gazlarıyla reaksiyona girmesini önlemenin zorluğu ve yüksek ergime sıcaklığı, diğer köpük malzemelerin üretiminde kullanılan bir çok yöntemin, titanyum ve alaşımı köpüklerin üretiminde kullanılmasını engellemektedir. Bu sebeple titanyum esaslı metal köpüklerin üretimi için toz metalurjisi yöntemleri tercih edilmektedir. Bu araştırmada, açık hücreli titanyum esaslı köpük üretimi için toz metalurjisi yöntemlerinden biri olan polimer emdirme yöntemi uygulanarak, proses parametrelerinin optimizasyonu amaçlanmıştır. Polimer emdirme yöntemi; çamur karışımı hazırlama, model malzemeyi çamur ile kaplama, kurutma, model malzeme giderme ve sinterleme basamaklarından meydana gelmektedir. Çamurun reolojik özellikleri, kaplamanın homojenliği açısından kritik önem taşımaktadır. Çalışmada 8,771,6 m partikül boyutuna sahip TiH2 tozu, çözücü olarak saf su ve reolojik özleliklerin optimizasyonu için bağlayıcı özelliğe sahip PVA (polivinil alkol), metal tozlarının askıda kalarak çökmesini engellemek için ise dağıtıcı etkisi olan Dolapix (polikarboksilik asit) kullanılmıştır. Çamur karışımının model malzeme olarak kullanılan poliüretan köpüğü homojen olarak kaplayabilmesi adına viskozitesi kritik önem taşımaktadır. Uygun viskozitede hazırlanan çamur karışımı ile poliüretan köpük kaplanmış, oda sıcaklığı ve etüvde yapılan kurutma işlemleri ile su sistemden giderildikten sonra, poliüretan köpüğün buharlaştırılması ve malzemenin sinterlenmesi için vakumlu ortamda iki aşamalı ısıl işlem prosesi uygulanmıştır. Isıl işlem için, literatürden farklı olarak indüksiyon sinterleme işlemi kullanılmıştır. İndüksiyon sinterleme yönteminin seçilmesi; yöntemin geleneksel sinterleme tekniklerinden çok daha hızlı ve verimli olmasıdır. Titanyum esaslı köpük üretiminde indüksiyon sinterleme işlemi kullanılarak oldukça uzun süren sinterleme prosesinin süresini azaltmak ve yöntemi endüstriyel kullanıma daha uygun bir hale getirmek amaçlanmış ve bu da çalışmanın özgünlüğünü oluşturmuştur. Sinterleme süresi ve sıcaklığın üretilen köpüğün morfolojisine ve mekanik özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Çalışma sonucu üretilen titanyum esaslı köpüklerin morfolojik yapılarında ve mekanik özelliklerinde sinterleme süresi ve sıcaklığın etkili olduğu gözlenmiştir. Yapılan incelemelerde numunelerin farklı bölgelerinde farklı morfolojik yapılar gözlenmiştir. Bu durumun sebebi, kullanılan indüksiyon sinterleme fırınında numunenin doğrudan ısıtılmayıp, grafit potadan ışınım ve iletim ile ısı transferinin sağlanması sonucu numune üzerinde çok homojen olmayan bir sıcaklık dağılımı oluşturmuş olması olabilir. Bu durumun önüne, üretilecek titanyum köpüğün ebatlarına uygun pota ve fırın tasarımı ile geçilebilir. XRD analizleri sonucunda, üretilen köpüklerin yapısında titanyum ve titanyum karbür bileşiğine rastlanmıştır. Polimer emdirme yönteminin doğası gereği model malzeme olarak kullanılan poliüretan köpük, sinterleme esnasında parçalanarak karbon oluşumuna sebep olmaktadır. Titanyumun karbona olan aktivitesi gereği de titanyum köpük yapısında titanyum karbür fazı da görülmektedir. Bu çalışmada, literatürdeki diğer çalışmalarda gözlendiği gibi polimer emdirme yöntemi doğasında mevcut ve olası azot, hidrojen ve oksijen esaslı diğer fazlar gözlenmemiştir. Bunun sebebi ise bu çalışmanın orijinal yönü olan indüksiyon sinterleme tekniğinin kullanımı ile hızlı ve etkin sinterlemenin sağlanmış olmasıdır. Ayrıca, oksitlenmeyi engelleyen bir durum da, Elingham diyagramından da bilindiği üzere, karbon ve hidrojenin oksijene afinitesinin, titanyumun oksijen afinitesinden oldukça yüksek olmasıdır. Kullanılan TiH2 tozunun, 4950C'nin üzerindeki sıcaklıklarda titanyum ve hidrojene bozunması, hidrojenin fırın içerisindeki oksijen ile reaksiyon vererek, koruyucu bir atmosfer oluşturmasına sebep olmuştur. Poliüretan köpüğün bozunması sonucu oluşan karbonun bir kısmı da, ortamdaki oksijen ile reaksiyona girmiş olabilir. Bu iki elementin etkisi sayesinde, fırın içinde titanyumun oksitlenmesini önleyici bir atmosfer oluşturulmuştur ve ortamda oksijenin tükenmesi sonucu yapıda oksit oluşumu gözlenmemiştir. α titanyum fazı içerisindeki oksijen, azot ve karbon çözünürlükleri sırasıyla ağırlıkça %30, %19 ve %2'dir. Bu sebeple de, üretilen titanyum köpüklerin oda sıcaklığına soğuması ile birlikte, karbon çözünürlüğünün düşük olması sebebi ile, azot ve oksijen çözünmeye meğilli iken, karbon titanyumla reaksiyona girerek TiC oluşturmaktadır. Ayrıca, yapılan literatür çalışmalarında, yöntem ile üretilen titanyum köpüklerin yapılarında karbon, azot ve oksijenden miktarca en fazla olanın karbon olduğu da (azotun yaklaşık on katı) görülmüştür. Vakum altında çalışılmış olması ve sinterleme süresinin literatürden (12-17 sa) farklı olarak, dakikalarla (30-40 dk) sınırlı tutulmuş olması, daha etkin ve verimli sinterleme ortamı sağlayarak, azot ve hidrojenin yapıda gözlenmesini engellemiş olabilir. Daha yüksek vakumda çalışmanın ya da sinterleme sıcaklığını daha düşük tutmanın yapıda gözlenen TiC oluşumunu engelleyebileceği düşünülmektedir. Yapılan mikro sertlik testleri sonucunda da, yapıda titanyum karbür bileşiğinin varlığının artması ile köpüklerin sertliklerinin arttığı gözlenmiştir. Bu fazın miktarının artışında ise artan sinterleme sıcaklığı ve tutma süresinin etkili olduğu ve sonunda artan titanyum karbür fazı ile köpüklerin mikro sertliklerin 49846 Hv ile 86549 Hv aralığında değiştiği gözlenmiştir.
Modeling the mechanism of ester-substituted alkynes in acyloxy migration followed by various cycloaddition reactions
In the present thesis quantum chemical methods have been used to model the mechanism of Rh-catalyzed acyloxy migrations followed by cycloaddition reactions of propargyl esters. The necessary background information and the literature are introduced in Chapter 1. The theoretical framework of quantum chemistry is presented in Chapter 2. The results of the thesis are discussed in Chapter 3 and Chapter 4. Finally, the main conclusions are summarized in Chapter 5. One of the main targets of synthetic chemistry is an effective production of desired compounds. In this respect, metal catalyzed reactions have contributed to this area by enabling many synthetic utilities including regioselective or stereoselective synthesis. However, in most of these cases, the mechanism of the metal catalyzed reactions are recondite. At this point, mechanistic studies, especially quantum mechanical modelling of reactions are very valuable as they exhibit wide range of information on the dynamics of a reaction, including the structural factors that affect product distribution, transition state structures, ligand effect, metal's contibution to mechanism. The main aim of this study is to investigate the reaction mechanisms for the formation of functionalized cyclohexenone and cyclopentenone derivatives via tandem acyloxy migration and cycloaddition via Rh catalyst. This thesis consists of two parts of work. In the first part, the two competitive 1,2- and 1,3-acyloxy migrations have been discussed and the effect of the nature of alkynes, terminal vs internal, in regioselectivity has been investigated by considering [4+1] and [5+1] cycloadditions of 3-acyloxy 1,4-enynes (ACEs) with terminal and internal alkynes. In the second part, the mechanism of a tandem 1,3-acyloxy migration [5+1] cycloaddition of cyclopropyl substituted propargyl esters has been investigated. The effect of the substituent in the cyclopropane has been studied to elucidate the mechanism of cyclopropyl ring opening which leads to product distribution. In the first part of the thesis, the mechanisms of the [RhCl(CO)2]2-catalyzed intramolecular cycloadditions of ACEs with a cyclohexene moiety by CO with concominant acyloxy (OAc) migrations have been extensively investigated using density functional theory (DFT) calculations. All geometries were optimized at the B3LYP/6-31+G(d) level (LANL2DZ for Rh). The effect of the nature of alkynes has been rationalized by modelling possible intermediates and transition states for competitive 1,2- vs 1,3-migrations of acyloxy group and for further possible transformations with terminal and methyl substituted starting enynes. Experimental and mechanistic studies indicate that the formation of cyclohexadienones proceeded by a [5+1] type cycloaddition of ACEs with terminal alkynes involving a Rautenstrauch 1,2-OAc migration by carbonylation while the formation reaction of functionalized cyclopentenones involved a Saucy-Marbet 1,3-OAc migration of ACEs of substituted alkynes and subsequent [4 + 1] cycloaddition with CO. The reaction initiates with two isomers of ACE-RhCl(CO) π-complex by switching the positions of CO and Cl ligands. The isomer in which CO is trans to the alkyl group has been found to be more stable because Rh metal coordinates to both alkyne and alkene fragments strongly. The acyloxy migration is found to be the rate determining step from the DFT study and the predicted regioselectivity is in harmony with the experimental result. The ~5 kcal/mol of Gibbs free energy difference between 1,2 and 1,3-acyloxy migration transition states favor 1,2-acyloxy migration for terminal or H-substituted alkynes which is consistent with the experimental and theoretical findings. The Rh-allyl complex, can undergo CO insertion with two possible reaction pathways. In the first path, CO addition to rhodium in Rh-allyl complex and then CO insertion to the cycle take place. In the second path, isomerization takes place before CO addition which leads to a more stable isomer. The following CO insertion steps prove that the isomerized intermediate is energetically favored through the reaction mechanism. On the other hand, the insertion of carbonyl group from cyclohexane side is found to be favored compared to the alkene side which leads to the ketene formation when Rh is expelled from the system by complexing to another ACE. The rhodacycloheptadienone which is obtained through CO insertion from cyclohexane side undergoes reductive elimination. The cyclohexadienone product is obtained when the catalyst leaves the system by coordinating with another ACE molecule and the starting Rh-ACE complex is regenerated. In internal alkynes, the preference of 1,3- is not strong as compared to 1,2-acyloxy migration, therefore, both mechanisms were modeled. The barrier heights for the following steps of 1,2-migration are found to be higher than that of 1,3-acyloxy migration. Furthermore, a probable equilibrium between Rh-allyl complex and Rh-ACE complex indicates that 1,2-acyloxy migration is a less facile path for internal alkynes. Additionally, 1,3-acyloxy migration intermediate called Rh-allenyl complex is also experimentally proposed. As it is discussed in the terminal part, calculations have shown that the isomerization step is energetically preferable compared to a direct CO addition and CO insertion from the cyclohexane side is energetically favored. The resulting rhodacyclohexenone undergoes reductive elimination and the catalyst leaves the system by coordinating with another ACE. The calculations presented herein have contributed to understanding and thus will lead to controlling this effective Rh (I) catalyzed transformation reactions of 1,2 and 1,3-acyloxy migration followed by cycloaddition for further cyclohexadienone and cyclopentenone derivatives in obtaining custom made products. In the second part of the thesis, the carbonylation mechanism of cyclopropyl substituted propargyl esters has been modeled with DFT at WB97XD/6-31+G(d) level (LANL2DZ for Rh). Although B3LYP functional was used in the fist part of the thesis, it was not succesful enough to investigate 1,3-acyloxy migration of cyclopropyl substituted propargyl esters in solution. On the other hand, a long range WB97XD functional is found to be good at highlighting the acyloxy migration. The cleavage of different cyclopropane C-C σ-bonds led to different isomers for the unsymmetrically substituted cyclopropanes. The regioselectivity for the cleavage of C-C σ-bonds is found to be dependent on the stereochemistry of the cyclopropyl group, the metal catalysts and the electronic properties of the substituents. In this thesis, cis and trans conformers of 3-(2-Hydroxymethyl-cyclopropyl)-1,1-dimethyl-prop-2-ynyl ester and trans conformer of 3-(2-Phenyl-cyclopropyl)-1,1-dimethyl-prop-2-ynyl ester have been modeled to highlight the reaction mechanism and explain the product distribution. Although both trans- and cis-disubstituted cyclopropanes with hydroxymethyl moiety prefer the cleavage of the less hindered C-C σ-bond of cyclopropane, a higher regioselectivity is observed in cis-substituted cyclopropane than the corresponding trans-counterpart. Moreover, trans conformers with hydroxymethyl and phenyl substituted cyclopropanes have opposite regioselectivities. 1,3-acyloxy migration of cyclopropyl substituted propargyl esters is a step-wise process which takes place in the first two transition states. The formed Rh-allenyl complex undergoes isomerization, CO addition and then ring opening. The resulting metallacycle undergoes CO insertion followed by reductive elimination. In the last step, alkylidene cyclohexenone product forms when the catalyst leaves the system by coordinating with another ACE. The energies of the intermediates formed by direct CO addition or isomerization followed by CO addition have been compared. As in the first part of the thesis, the resulting isomer is exothermically preferred. Isomerization leads to a lower energy transition state and an intermediate for the following CO insertion. Furthermore, CO insertion has been investigated in terms of the positions of carbonyl group to the cleavaged C-C σ-bond of cyclopropane. The calculations herein show that the initial reactant energies and the barrier heights for CO insertion have a large effect on product distribution for trans and cis conformers. The 4.9 kcal/mol of energy difference in CO insertions of trans-disubstituted cyclopropanes favors the cleavage of the least substituted C-C σ-bond, leading to the major product. While the high selectivity of the least substituted C-C σ-bond in cis conformers have been explained by 3 kcal/mol of energy difference in the initial complexes and 4.9 kcal/mol of energy difference in CO insertions. The opposite selectivity of trans-disubstituted cyclopropanes with phenyl group in which the most substituted C-C σ-bond is cleaved for ring expansion is due to the electronic effect of the adjacent π-system. Finally, the results in this study are consistent with the experimental findings. As a part of this thesis, a poster has been presented in an international symposium and a paper has been published in a SCI indexed peer-reviewed journal (10.1016/j.jorganchem.2017.09.017).
PLC ile NMPC uygulaması
Model öngörülü kontrol tekniği ilk olarak endüstride birbirlerinden bağımsız olarak Shell firmasıdaki Cutler ve Ramaker ve Adersa firmasında çalışan Richalet ve arkadaşları tarafından 1978 yılında ortaya atılmıştır. Bu kontrol tekniği o zaman çok ilgi görmüştür ve şimdi başta petrol rafineleri olmak üzere endüstride 4500'ün üzerinde uygulaması bulunmaktadır. Model öngörülü kontrolün en büyük avantajı endüstride bulunan bir çok problemde olduğu gibi eşitlik veya eşitsizlik kısıtları bulunduğunda kısıtları ihlal etmeden istenilen amaç fonksiyonunu minimize edecek şekilde kontrol işareti üretebilmektedir. Endüstriyel uygulamalarda kaçınılmaz olan ölü zamanlı sistemlerin kontrolünde de kullanılabilmektedir. Ölü-zaman etkisini de öngörülerde göz önünde bulundurup ölüzamanlı sistemleri de başarı ile kontrol edebilmektedir Hatta bu tezde ölü zamanı duruma bağlı olarak değişen bir sistem için öngörü yapılmıştır. Endüstride kullanılan sistemlerin çoğusu nonlineer sistemlerdir veya nonlinear kısıtlar içermektedir. Bu sistemleri lineer olan modeller üzerinden kontrol etmek istendiğinde beklenen performansın sağlanamamaktadır. Bunun yerine her çalışma koşulunda daha önceden tanımlanmış modeller kullanmak bir çözüm olabilir. Lakin bu durumda da süreksizlikler nedeni ile kararlılık problem oluşabilir, doğrudan Nonlineer Model Öngörülü Kontrol kullanımı daha akıllıca olacaktır. Çünkü Nonlinear Model Öngörülü Kontrol aslında sistemin durumlarına, giriş büyüklüklerine vb. nedenlerle değişen dinamiklerini yakalayabilmeyi sağlamaktadır. NMPC'nin dezavantajlarından biri karmaşıklığı yüksek çevrim-içi sayısal optimizasyon işlemlerinin yapılmasını gerektirdiği için hızlı dinamiğe sahip sistemlerin kontrolü için uygulanabilir olmamasıdır. Bu tezde NMPC'nin temel presiplerinin ve temel bileşenlerinin neler olduğu araştrılıp öğrenilmiştir. NMPC'de kullabilecek olan farklı teknikler incelenmiştir. Bu tez çalışmasının amaçlarından biri temel prensipler aynı kalmak şartı ile NMPC'de yeni teknikler geliştirilebilmenin alt yapısını oluşturmaktır. Diğer amaç ise endüstriyel kontrol uygulamaları için giriş-çıkış arabirimleri ve işletim sistemleri özelleşmiş (MATLAB simulasyonlarının yapldığı güncel yüksek hızlı kişisel bilgisayarlara göre göre daha yavaş kod işlemektedirler ve türev alma gibi bazı matematik fonksiyonları bulunmamaktadır) ve örnekleme zamanına uygun biçimde gerçek zamanlı simülasyon ve gerçekleme yapmaya olanak tanıyan PLC'ye uygun NMPC algoritması oluşturmaktır. NMPC'nin başarımını ve uygulanabilirliğini test edebilmek için sistemde eyleyici olan hava dinamiği ve sistemin kendi dinamiği gereği ağır nonlineerliği olan ve değişken ölü-zamanı bulunan Fan ve Levha düzeneğinin NMPC ile kontrolü problemi ele alınmıştır. Fan ve Levha sisteminin Doğrusal Olmayan Model Öngörülü Kontrol kullanılarak PLC ile kontrolü için ilk olarak kısıtlarda göz önünde bulundurularak Matlab/Simulink'te benzetim çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalarda Matlab'da bulunan hazır MPC fonksiyonları ve karesel programlama çözücüler kullanılmamış, PLC'de de gerçekleme yapılmasına uygun olarak seçilen sayısal optimizasyon algoritması yazımı ve öngörülerin inşaası gerçekleştirilmiştir. Sayısal optimizasyon algoritmasındaki Gradyan ve Hessian hesapları için matematik literatürde bulunan yaklaşıklıklar kullanılmıştır. Ardından bu kontrol tekniğinin PLC'de uygulaması TIA PORTAL V12 program geliştirme ortamında Nonlineer Model Öngörülü Kontrol Ladder ve SCL dili kullanılarak oluşturulmuş, başarımı test edilmiştir. Sistemde oluşan sürekli hal hatası ve aşım ilgili durumlarda ağırlıklar değiştirilerek çözülmüştür, yani sistemin yanıtının değişimi boyunca duruma göre ağırlıklar değiştirilmiştir. Fan ve Levha sistemi üzerinde yapılan Matlab simülasyonlarında ve PLC'de yapılan simulasyon uygulamalarında giriş ve çıkış bozucularının etkisi de incelenmiştir. Bozucu etkiyi giderebilmek için sistem çıkışı ile öngürüler arasındaki fark göz önünde bulundurularak ölçüt fonksiyonunda uygun bir değişiklik yapılmıştır ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca S71200 ile gerçek zamanlı uygulama yapılmıştır.
Bazı esansiyel yağların Campylobacter spp. üzerine antimikrobiyal etkilerinin ve etki mekanizmalarının incelenmesi
Tez çalışması kapsamında dereotu, kakule, kekik, fesleğen, kimyon, mercanköşk, rezene ve zencefil esansiyel yağları kullanılmıştır. Kullanılan bu esansiyel yağların kimyasal bileşimleri GC ve GC/MS ile analiz edilmiştir. Esansiyel yağların Campylobacter jejuni ve Campylobacter coli'ye karşı antimikrobiyal etkileri, antimikrobiyal etki çapı ve minimum inhibisyon konsantrasyonu (MİK) değerlerinin belirlenmesiyle incelenmiştir. İnhibisyon etki çapları kuyucuk difüzyon yöntemi ile MİK değerleri ise klinik kültürler için agar dilüsyon, standart kültürler için ise broth mikrodilüsyon yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Farklı miktarlarda esansiyel yağ ilavesinden sonra klinik ve standart kültürlere karşı değişen oranlarda antibakteriyel etki gözlenmiştir. Campylobacter spp.'ye karşı zencefil, rezene ve fesleğen esansiyel yağları diğer yağlara daha düşük düzeylerde antimikrobiyal etki göstermiştir. En düşük MİK değerinin mercanköşk ve kekik esansiyel yağlarına, en yüksek MİK değerinin ise rezene esansiyel yağına ait olduğu belirlenmiştir. Çalışılan esansiyel yağların besiyerine difüzyon katsayılarının belirlenmesi ile yüksek antimikrobiyal etki çapı değerlerine sahip yağların difüzyon katsayılarının yüksek, damlacık boyutlarının ise düşük olduğu tespit edilmiştir. Zeta potansiyel değerleri ile antimikrobiyal etki arasında bir ilişki belirlenememiştir. Esansiyel yağların antimikrobiyal etki mekanizmasının belirlenmesi amacıyla bağıl elektrik iletkenliği, hücre dışına madde salımı ve hücre dışı ATP konsantrasyonları incelenmiştir. Esansiyel yağ ilavesinin ardından bağıl elektrik iletkenliği, hücre dışı madde salımı ve hücre dışı ATP konsantrasyonlarındaki artış, artan esansiyel yağ konsantrasyonu ile birlikte test edilen tüm yağlarda hem C. jejuni hem de C. coli'ye karşı belirgin bir şekilde artmıştır. Antimikrobiyal aktivite mekanizmalarının belirlenmesi kapsamında gerçekleştirilen çalışma bulguları antimikrobiyal aktivitenin, membranda meydana gelen geçirgenlik artışı veya membran bütünlüğünün bozulması gibi hücre membranı ile doğrudan ilişkili faktörlere dayandığını göstermiştir.
Özel yarı-Einstein manifoldları
Bu tez çalışmasında, matematiksel literatürde sıkça ele alınan ve önemli geometrik özelliklere sahip olan bazı Riemann ve semi-Riemann manifoldlarının özel sınıfları üzerinde çalışılmaktadır. Tarihsel olarak incelendiğinde, bu konunun en önemli kaynak noktalarından biri, Ricci tensörü ile metrik tensörü orantılı olacak şekilde tanımlanan, Einstein manifoldlarından gelmektedir. Einstein manifoldları, diferansiyel geometride, sabit eğrilikli ve sabit Ricci eğrilikli metriklerin üretilmesinde olduğu gibi, fizikte de Einstein alan denklemlerinin çözümlerinin bulunması ve uzay-zaman modellerinin sınıflandırılmasında oldukça önemli bir araç olmuştur. Genel Görelilik Teorisinin en önemli denklemi olan Einstein alan denklemleri, bir uzayın geometrisinin doğrudan, uzayın madde içeriği ile belirlenebildiğini göstermektedir. Bu nedenle, uzayın global karakterinin anlaşılabilmesi için Ricci eğrilik tensörü üzerinde yapılan bazı genelleştirmeler önem kazanmaktadır. İlk kez 2000 yılında M. C. Chaki ve R. K. Maity tarafından, Einstein manifoldlarını genelleştiren bir geometrik kavram olarak tanımlanan yarı Einstein manifoldları, aynı zamanda Einstein alan denklemlerinin mükemmel akışkanlı madde içeriğine sahip çözümlerine de bir model oluşturmaktadır. Einstein manifoldlarının bir başka doğal genelleştirmesi de Hamilton tarafından tanımlanan Ricci soliton kavramıdır. Bu kavram, diferansiyel geometrinin, manifoldları eğriliklerine göre sınıflandırma probleminden doğan Ricci akış denkleminin kendi kendine benzer (self-similar) çözümleri olarak ortaya çıkmıştır. Ricci akışı ise, metriğin (yani manifoldun şeklinin) Ricci tensörü ile orantılı olarak, uygun sabit eğrilikli bir metriğe dönüşmesini sağlayan, parabolik tipte bir kısmi diferansiyel denklemdir. O halde, Ricci akışının daha genel çözümlerinin bulunması ve bu çözümlerin davranışlarının incelenmesi, geometrik anlamda oldukça önemli bir problemdir. Dolayısıyla, farklı eğriliklere veya farklı akışkan yoğunluğuna sahip olan uzay-zamanların incelenmesi için, Ricci eğrilik tensörünün daha fazla genelleştirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla, 2001 yılında M. C. Chaki tarafından, genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldu kavramı ortaya atılmıştır. Bu yeni kavram tanımlanışı bakımından, geometrik olarak yarı Einstein manifoldlarını genelleştirmekle kalmayıp, fiziksel olarak da, 4-boyutlu ısı akışına izin veren uzay-zamanlara bir model oluşturmaktadır. Bu nedenle tez çalışmasının temel amaçlarından biri, hem geometrik hem de fiziksel açıdan daha ilginç özelliklere sahip olması beklenen genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldlarının özelliklerini araştırmaktır. Daha sonra, Ricci solitonlar ile yakından ilişkili olması ve Ricci tensörünün doğal bir genellemesi olmasından dolayı Riemann geometrisinde oldukça önemli bir obje olan \textit{$m$-Bakry-Emery Ricci tensörü} tanımlanmış ve birçok geometrici tarafından $m$-Bakry-Emery Ricci tensörünün metrik tensör ile orantılı olması durumunda, çeşitli özel manifoldların tanımları yapılmıştır. Ricci tensörünün bu tip genelleştirmeleri baz alınarak ortaya çıkan $(m,\rho)$-yarı Einstein manifoldları tez çalışmasının bir diğer çalışma alanını oluşturmaktadır. Literatüre bakıldığında, bu iki çalışma alanının, Bishop ve O'Neill tarafından tanımlanan, katlı çarpım manifoldları ile yakından ilişkili olduğu görülmektedir. Örneğin, hem Einstein alan denklemlerinin Robertson-Walker, Schwarzchild, Reissner-Nordstr\"{o}m-de Sitter uzay-zamanları gibi çoğu temel çözümünün, hem de birçok Ricci soliton ve gradient Ricci solitonun, katlı çarpım manifoldu yapısına sahip olduğu bilinmektedir. Ayrıca, dönel yüzeyler, küre ve $\mathbb{R}^n-\{0\}$ da lokal olarak katlı çarpım manifoldlarıdır. Yukarıda bahsedilen temel çalışma alanlarının her ikisinin de, hem geometrik olarak formülize edilebilmeleri, hem de fiziksel olarak önemli modellerle bağlantılarının bulunmasından dolayı, tez çalışması Riemann ve Lorentz geometrisinin araçları kullanılarak iki farklı koldan yürütülmektedir. Birinci bölümde, ele alınan problemlerin tanıtımı ile önemi üzerinde durulmuş ve gerekli literatür taramasına yer verilmiştir. İkinci bölümde, öncelikle tez çalışması boyunca kullanılacak olan temel kavramlar ve notasyonlar verilmiştir. Ardından, tez çalışmasının ilk yarısını oluşturan Einstein manifoldlarının çeşitli genelleştirmeleri ile ilgili tanımlara yer verilmiştir. Üçüncü bölümde, ilk olarak Ricci-pseudosimetrik ve Ricci semisimetrik genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldlarının karakterizasyonu yapılmış, daha sonra da bu tip simetri koşulları, konformal, konsörkılır, yarı-konformal, $W_2$, projektif ve pseudo-projektif eğrilik tensörlerine genelleştirilerek, bazı sınıflandırma teoremleri elde edilmiştir. Bahsedilen bu eğrilik tensörlerinin Ricci semisimetrik ve Ricci pseudosimetrik olmaları durumunda, genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldunun, bir $N(k)$-yarı Einstein yada yarı Einstein manifolduna indirgendiği ispatlanmıştır. Ardından, Ricci reküran, genelleştirilmiş Ricci reküran gibi, Ricci tensörünün kovaryant türevlerinin özel koşulları sağlaması durumunda, manifoldun üreteç vektör alanının bir paralel vektör alanı olduğu ve böylece söz konusu manifoldun bir yarı Einstein manifolduna indirgendiği ispatlanmıştır. Ayrıca bu bölümde, bir genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldunun varlığı, trivial olmayan, somut bir Riemann metriği inşaa edilerek kanıtlamıştır. Dördüncü bölümde, ilk olarak genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldunun bir katlı çarpım manifoldu yapısına sahip olması için bazı gerekli koşullar araştırılmıştır. Bu kapsamda, konformal düzlük koşulu yardımıyla, $n$-boyutlu Ricci semisimetrik genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldunun üreteç vektör alanının, konsörkılır vektör alanı olduğu gösterilmiş ve bunun bir sonucu olarak da manifoldun bir reel aralık ile $(n-1)$-boyutlu bir Einstein manifoldunun katlı çarpımı olduğu sonucu elde edilmiştir. Ardından farklı eğrilik tensörlerinin de (örneğin pseudo-projektif eğrilik tensörü gibi) özdeş olarak sıfır olması veya korunumlu (yani diverjanssız) olması durumunda, genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldunun çarpım manifoldları ile ilişkisi incelenmiştir. Daha sonra, önceki durumun tersine, katlı çarpım manifoldu yapısına sahip olan bir genelleştirilmiş yarı Einstein manifoldunun, üreteçleri yardımıyla, taban ve lifleri üzerinde sınıflandırmalar yapılmış ve Einstein-benzeri manifoldlar ile bağlantıları kurulmuştur. Dördüncü bölümün devamında, katlı çarpım metrik yapısından daha genel bir kavram olan ve $D$-homotetik deformasyonlar yardımı ile tanımlanan $D$-çarpım manifoldlarına geçiş yapılmıştır. Bu yeni çarpım metriği, en genel anlamda $\xi$ birim vektörü ve onun $g$ metriğine göre duali olan $\eta$ 1-formuna sahip olan $(M,g,\xi,\eta)$ Riemann manifoldları üzerine genelleştirilerek, $D$-genel çarpım manifoldu kavramı tanımlanmıştır. Ardında, böylesi bir $D$-genel çarpım manifoldunun, Levi-Civita konneksiyonu, Riemann eğrilik tensörü, Ricci tensörü, kesitsel ve skaler eğrilikleri hesaplanarak, bileşenlerinin Einstein-benzeri manifoldlar ile ilişkileri araştırılmıştır. Ayrıca $g$ metriğinin Laplasyeni hesaplanarak, bir $D$-genel çarpım manifoldu üzerinde fonksiyonların ve formların harmonikliği ile ilgili sonuçlar elde edilmiştir. Beşinci bölümde, genelleştirilmiş yarı Einstein uzay-zamanlarına geçiş yapılarak, önceki bölümlerde elde edilen sonuçların, Lorentz metrik yapısı altında geçerliliği araştırılmıştır. İlk olarak Ricci-pseudosimetrik, Ricci semisimetrik, Ricci reküran gibi çeşitli simetri koşulları altında genelleştirilmiş yarı Einstein uzay-zamanlarının karakterizasyonu ve sınıflandırması yapılmıştır. Daha sonra, elde edilen sonuçlar Genel Görelilik Teorisindeki önemli sonuçlarla karşılaştırılarak, fiziksel uygulamalara yer verilmiştir. Einstein alan denklemlerini sağlayan, 4-boyutlu, Ricci simetrik, genelleştirilmiş yarı Einstein uzay-zamanının, sabit enerji yoğunluğuna ve izotropik basınca sahip olduğu, genleşme sabiti ve ivme vektörü sıfır olan, hız vektör alanı manifoldun üreteci olan mükemmel akışkanlı modellere örnek olduğu kanıtlanmıştır. Böylece, bu tip bir uzay-zamanın $I$, $D$ veya $O$ Petrov tipinde bir kozmolojik yapıya sahip olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca, 4-boyutlu Lorentz metriğine sahip bir genelleştirilmiş yarı Einstein uzay-zamanının varlığını kanıtlayan, somut bir örnek de inşaa edilmiştir. Tezin altıncı bölümünde ise, önceki bölümlerden farklı olarak, Ricci soliton kavramına giriş yapılmıştır. Öncelikle bu konunun tarihsel gelişimi ile ilgili ayrıntılı literatür bilgisine yer verilmiştir. Ardından $(m,\rho)$-yarı Einstein manifoldları üzerinde çalışmalar yapılmış ve çeşitli sonuçlar elde edilmiştir. İlk olarak, $(m,\rho)$-yarı Einstein manifoldlarının sınıflandırma ve karakterizasyonu üzerinde çalışılmış ve katlı çarpım manifoldları ile ilişkileri incelenmiştir. Kapalı konformal yada paralel vektör alanına sahip olan bir $(m,\rho)$-yarı Einstein manifoldunun, potansiyel fonksiyonunun gradiyenti ve Hessian'ı ile igili yardımcı teoremler ispatlanmıştır. Ardından, kapalı konformal vektör alanına sahip olan bir $(m,\rho)$-yarı Einstein manifoldunun, $I\times_{\varphi} M^*$ biçiminde bir katlı çarpım manifoldu olduğu ispatlanmıştır. Daha sonra bu durum paralel vektör alanlarına doğrudan indirgenerek, Ricci tensörünün klasik yarı Einstein manifoldu yapısına sahip olduğu gösterilmiş ve benzer rijit durumların elde edildiği kanıtlanmıştır. Bölümün sonunda ise, bir $(m,\rho)$-yarı Einstein manifoldunun varlığını kanıtlayan ve elde edilen sonuçları gerçekleyen somut bir örnek inşaa edilmiştir.
An experimental investigation of in situ combustion in fractured heavy oil systems
In situ combustion (ISC) is one of the thermal oil recovery processes, which has been applied successfully in a variety of reservoirs. The energy is generated within the reservoir by series of multistep reactions that provide heat to reduce oil viscosity, increase reservoir pressure and upgrade heavy oil in situ by reducing the heaviest fractions of crude oil. Within the scope of this study, in situ combustion in fractured systems is investigated by both conducting kinetic reactor and combustion tube tests using Batı Raman crude oil. The combustion characteristics of the crude were analyzed first to understand reaction kinetics of the oil. Thus, ramped temperature oxidation (RTO) experiments with effluent gas analysis (EGA) were conducted with different sand particle sizes and heating rates. 50 kinetic reactor tests were conducted throughout the study and 25 of them were used in the analyses. The results were analyzed using isoconversional kinetic approach based on the produced effluent gas and temperature data obtained from experiments. A reaction model was proposed for each pair and effective activation energy, atomic hydrogen – carbon (H/C), combustion reaction stoichiometric coefficients and ignition temperature were estimated for the sample with different sand particle sizes. Kinetic reactor tests were used to determine the combustion characteristics of the oil sample and define the particle size that would later be used as fractures for tube tests with sand. In addition to RTO tests, 35 combustion tube tests were performed. During the tests, the temperature was measured along the tube and the produced effluent gas composition was recorded to be used for the analyses. Initially, 12 combustion tube tests were conducted with homogeneous sandpacks to understand the effect of the sand particle size on combustion behavior. Later, 2 tests were performed with heterogeneous sandpacks to investigate the combustion characteristics in the transition region of different porous media with various particle size. Later, 9 fracture tests with sandpack were conducted to obtain a better understanding of the effect of horizontal (perpendicular to air flow), vertical (parallel to air flow), and combined (both vertical and horizontal) fractures on combustion front behavior and determine the conditions that are required for a self-sustained front propagation. Finally, 12 fracture tests with core were performed to investigate the effect of direction, width, spacing, and network of fractures on the combustion front behavior. In 5 tests with sandpack and core, dry air (21% oxygen) was used as the feed gas whereas oxygen – enriched air (39% oxygen) was used in 9 tests with core samples to investigate the effect of oxygen concentration on the front behavior. After the tests, density and the amount of the produced oil were measured for comparison. The temperature and the produced effluent gas data were used to estimate the average front temperature and velocity, H/C ratio, air/fuel ratio, and oxygen utilization. It was concluded that the oxygen diffusion into the matrix and oil availability in the matrix during the process are the main factors for self-sustained front propagation in fractured systems. The failure of the unfractured core tests was related to heat losses, the mass of the core sample and energy generated during combustion reactions. Furthermore, vertical fractures may help to sustain the combustion front in heavy oil system due to the improvement of the available oxygen for the reactions. The horizontal fractures perpendicular to the flow direction have almost no effect on the sustainability of the combustion front whereas the vertical fractures have a significant impact on the front propagation since injected air almost exclusively flows through the vertical fractures. Two different fronts were observed regarding the vertical fracture dominated systems. The first front propagates through the matrix and it is continuous similar to homogeneous packs. The second front is observed in the fracture and it is not continuous; depending on the oil availability the front is intermittent; dies out and rejuvenates. The front in the matrix feeds the front in the fracture by displacing oil into the fracture and oil goes through the combustion process multiple times. The front in the fracture thermally feeds the front in the matrix by providing additional energy to sustain the combustion. It was observed that the duration of the test increases for vertical fracture dominated systems due to the low oxygen diffusion into the matrix and higher amount of oil combusted during these tests. The recovery factor was lower for the vertical fracture dominated systems since the oil combusted more than one time due to the displacement of oil from the matrix into the fracture and because of that the API gravity of the produced oil increased for these tests. An increase in effluent gas methane concentration was observed while the front was moving from higher surface area to lower one. Furthermore, more methane released for the horizontal and combined fractured systems compared to homogeneous packs. The oxygen – enriched air promoted the combustion characteristics in porous media.
Akustik ve görsel özellikleri kullanarak müzik tür sınıflandırması uygulaması
Bu teze konu olan çalışmada, sesin hem görsel hem de akustik özellikleri kullanılarak müzik tür sınıflandırması uygulaması geliştirilmiştir. Müzik türleri olarak en çok bilinen dört farklı müzik türü seçilmiştir. Bunlar Elektronik, Jaz, Klasik ve Metal müzik türleridir. Görsel özelliklerin tasarımında SIFT ve SURF görüntü tanımlayıcıları kullanılmıştır. Akustik özellik olarak da Mel Frekans Kepstral Katsayıları (Mel Frequency Cepstral Quefficients(MFCC)) kullanılmıştır. Sınıflandırıcı olarak ise Destek Vektör Makinesi ve k-nn sınıflandırıcısından yararlanılmıştır. Teknolojinin gelişmesiyle insanların otomatik sınıflandırma yapan cihaz ya da yazılımlara güveni artmaktadır. Bununla beraber müzik piyasasının gelişmesiyle otomatik müzik tür sınıflandırması uygulamasına olan ilgi artmakta ve bu tür sistemlerin kullanımı da buna paralel bir şekilde her geçen gün artmaktadır. Bu ihtiyaçtan yola çıkarak müzik tür sınıflandırması uygulaması geliştirilerek bu ihtiyacın giderilmesi amaçlanmıştır. Müzik türleri kendi içinde belirli özelliklere sahiptir. Her türün kendine özgü akustik özellikleri bu türün diğer türlerden ayırt edilmesinde kullanılır. Sese ait akustik özellikler 3 ana sınıftan oluşur. Bunlar Tını özellikleri, Ritmik özellikler ve Makam özellikleridir. Görsel özelliklerle birleştirme işlemi yapıldığından burada sadece Timbral özellikler sınıfına ait olan MFKK özelliği kullanılmıştır. MFKK ses işlemede en çok kullanılan ve en etkin bir özelliktir. Özellikle ses tanıma ve konuşmacı tanıma gibi uygulamalarda karşımıza çıkmaktadır. Müzik tür sınıflandırması uygulamalarında da şimdiye kadar kullanılmıştır. MFKK, insan kulağının sesi algılamasına benzer şekilde çalışır. Yapılan deneylere göre insan kulağı sesi ilk 1000Hz de doğrusal olarak, 1000Hz 'den büyük frekanslarda da logaritmik olarak algılamaktadır. Buradan esinlenerek MFKK özellikleri çıkarılmıştır. Görsel özellik elde edilmesinde müziğin spektrogramı elde edilerek bu spektrogram üzerinde görüntü işleme teknikleriyle özellik çıkarılmıştır. Görsel özellikler kısmında kullanılan görüntü tanımlayıcılardan bir tanesi SIFT' dir. Görüntü tanımlayıcılar bir görüntüye ait olan özelliklerin çıkarılmasını sağlar. SIFT görüntü tanımlayıcısı görüntüden özellik çıkarırken hem görüntü rotasyonundan hem de ölçekten bağımsız çalışmaktadır. Yani görüntü rotasyonunda ya da ölçekte meydana gelebilecek herhangi bir değişiklik SIFT görüntü tanımlayıcısının performansını herhangi bir şekilde etkilememektedir. SURF algoritması da bir diğer görüntü tanımlayıcısı olarak kullanılmıştır. SURF, SIFT algoritmasının hızlandırılmış şeklidir. Dolayısıyla SURF' de hem görüntü rotasyonundan hem de ölçekten bağımsız çalışmaktadır. Görüntü tanımlayıcılar elde edildikten sonra bu tanımlayıcılardan çıkan vektörler kullanılarak özellik kümesi histogramı oluşturulur. Özellik kümesi özellikle son yıllarda görüntü sınıflandırmada kullanılan bir yöntemdir. Görüntü tanımlayıcılardan elde edilen vektörler k-means yöntemi kullanılarak benzerliklerine göre sınıflandırılır ve bunların histogramı alınır. Daha sonra bu histogramlar sınıflandırıcı eğitiminde kullanılır. Sınıflandırıcı olarak da destek vektör makinesi ve k-nn sınıflandırıcısı kullanılmıştır. K-nn sınıflandırıcısı uygulaması basit olan bir sınıflandırma çeşididir. Bu sınıflandırıcının diğer sınıflandırıcılardan farkı eğitim aşamasına gerek duymamasıdır. Eğitim verileri sınıflandırma sırasında bu sınıflandırıcı tarafından direkt olarak kullanılır. Destek vektör makinesi de bir danışmanlı öğrenme çeşididir. Görüntü ve ses işleme alanında sınıflandırıcı olarak en çok kullanılan yöntemdir. Bu sınıflandırıcı farklı sınıfları birbirinden ayırt edebilecek en iyi hyperplane'ı bularak sınıflandırma işlemini gerçekleştirir. Sistem gerçeklemesinde kullanılan temel eleman Raspberry pi vakfı tarafından üretilmekte olan Raspberry pi 2 'dir. Raspberry pi, içinde Linux Raspbian işletim sistemi olan bir karttır. Dolayısıyla aslında Linux yüklü bir bilgisayar gibi de düşünebiliriz. Dolayısıyla herhangi bir yazılım programı(c,c++,python…) yüklenerek yazılım geliştirilmesi mümkündür. Bu çalışma python 2 kullanılarak geliştirilmiştir. Raspberry pi 2 4 çekirdekli ARMV7 cortex 900MHZ işlemci, 1GB RAM ve SD kart yuvasına sahiptir. Yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen performansın dört müzik türünü ayırt etmede iyi sonuç verdiği görülmektedir. Sadece görsel özellikler kısmının bile müzik tür sınıflandırmasında kullanılabileceğini göstermiştir. İlk bölümde müzik ve müzik türlerinden bahsedilmiş ve müzik türlerinin kendine özgü özelliklerinin olduğundan bahsedilmiş ve gösterilmiştir. İkinci bölümde de özellik detektörler ve görüntü tanımlayıcılardan bahsedilmiştir. Sesin spektrogram görüntüsü üzerinden özellik detektörler yardımıyla anahtar noktaların bulunup, bu anahtar noktalardan da görüntü tanımlayıcılar yardımıyla özellik çıkarma işlemi uygulandığından bahsedilmiştir. Müteakiben oluşturulan üçüncü bölümde, görüntü tanımlayıcılardan çıkan vektörlerin benzerliklerine göre kümelenmesi ve bunların histogramının çıkarılmasıyla özellik kümesinin elde edilmesinden bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde ise sesin akustik özelliklerinden olan Mel Frekans Kepstral Katsayıların dan bahsedilmiştir. Beşinci bölümde hem akustik özellikleri hem de görsel özellikleri sınıflandırma işleminde kullanılan Destek Vektör Makinesi ve knn sınıflandırıcısına değinilmiştir. Son olarak ise altıncı bölümde sistemin gerçeklenmesine değinilmiş ve elde edilen sonuçlar gösterilmiştir.
Sporadik behçet sendromlu bireylerde hla-b geninin ekspresyon analizi
Behçet's Syndrome (B) is a mutisystemic, rheumatologic inflammatory disease characterized by primary symptoms of mucocutaneous lesions, vasculitis, oral and genital ulcerations. BS, individuals have been violently affecting their lives for two or three decades. It is mostly seen in the Mediterranean and the Middle East. The frequency of 100,000 population ranged from 20 to 420 in Turkey. The HLA-B51 allele, an allele of the HLA-B (human leukocyte antigen) gene, is one of the most important determinants associated with BS to date. Although the etiology of BS is not completely known, it emphasizes the importance of genetics in the etiology of the syndrome a strong linking between HLA-B51 and BS. The task of HLA-B is to induce antigen presentation to T cells in the immune system. In current genomic associative studies, different genes such as IL-1, MICA, STAT4 GIMAP2 / GIMAP4 have been found to be associated with BS. As a basis to the this study, in our group a global methylation study was conducted to understand the effects of epigenetic mechanisms. However, at the global level, the expected 5-mdC: dC ratio in the genome between both Behçet twins and healthy control twins was between 0.02 and 0.05. As a result, there was no difference between the twins with Behçet's syndrome and the healthy twins and it was thought that global methylation might not be effective in the pathology of the disease. Later on it was aimed to investigate whether the methylation profile of the HLA-B51 allele differs between the twins with Behçet's syndrome and the healthy twins, considering that the allele-specific methylation may play a role in the pathology of the disease. The current bioinformatics studies indicate a CpG island that starts from the promoter region of the HLA-B51 antigen and extends to the middle of the third intron. It was decided to investigate the presence of the methylation levels of the HLA-B gene in the promoter, 1st exon, 1st intron, 2nd exon, 2nd intron and 3rd exon regions of the HLA-B gene and the etiology of Behçet's disease. It is revealed that 4 monozygotic and 4 dizygotic Behçet's syndrome twins have a epigenetic regulation of 1st and 2nd exons of HLA-B gene as a result of this study. After this study, it is planned to better understand the genetic and epigenetic effects of the HLA-B51 allele on cases of familial Behçet syndrome and other Behçet syndrome individuals and their healthy family members in their families. Rates of methylation in all BS individuals were found to be significantly higher than those of healthy relatives. However, when all groups were examined separately, it was found that HLA-B51 carriage did not make a significant difference on the methylation levels. The results we obtained were consistent with the results of our previous work with Behçet twins. In the guidance with this knowledge , possible epigenetic mechanisms independently of the HLA-B51 allele are thought to be effective in the development of the disease. In this study HLA-B51 allele carriage, expression level of HLA-B gene and promotor methylation of HLA-B gene were investigated in individuals with sporadic Behçet's syndrome and healthy individuals. For this purpose, individual BS patients were randomly selected and the individual was asked whether or not he or she was only BS among his / her family and relatives.According to this criterion, 46 patients with BS were selected. To determine the HLA-B51 carriage status of these patients, sequence-specific PCR (Polymerase chain reaction) followed by enzyme cleavage reaction was performed. RT-QPCR method was used to measure the transcript levels of HLA-B in BS patients classified by this method. The delta Ct values obtained by RT-QPCR were compared between groups using the t test for statistical analysis. 6 patients with high HLA-B expression with HLA-B51 and 6 patients with low HLA-B51 expression and 5 healthy controls with HLA-B51 and high expression level and those with no HLA-B51 expression and low HLA-B was measured using the One Step Q-methyl Kit based on Real-Time PCR to see the methylation differences of the healthy control promotor. 17 healthy controls for comparison with BS patients were included in the study. In this study, 34 sporadic BS individuals were found to be HLA-B51 positive and 12 sporadic BS individuals were found to be HLA-B51 negative. In healthy controls, 11 patients were found to be HLA-B51 positive and 6 individuals were found to be HLA-51 negative. From the results of statistical analyses, transcript levels compared between different combinations of groups. HLA-B transcript level is found to be higher in BS patients when compared to healthy control group (p= 0.0391).Promotermethylationlevel of HLA-B is foundto be lower in BS patientswhoarepositivefor HLA-B51 when compared to BS patients who are negative for HLA-B51 (p=0.02080). Also in thiscomparisongrouptranscriptlevel of HLA-B andpromotermethylationlevel of HLA- B showed a negativecorrelation (r= -0.8944) as expected.