dc.contributor.advisor | Sanin, Selim L. | |
dc.contributor.author | Türker, Levent | |
dc.date.accessioned | 2021-10-13T07:12:01Z | |
dc.date.issued | 2021 | |
dc.date.submitted | 2021-01-08 | |
dc.identifier.citation | Türker, L., Agent-Based Modeling of Nanoparticles at Gas-Liquid Interface with Emphasis on Environmental Systems, PhD Thesis, Hacettepe University, Ankara, 2021 | tr_TR |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/25481 | |
dc.description.abstract | The main objective of this thesis is to investigate the effects of nanoparticles on surface tension in the presence of SDS at gas-liquid interface. This thesis also aims to model the behavior of same-charged and uncharged nanoparticles as well as SDS molecules with agent-based modeling approaches to simulate their effects on surface tension.
To investigate the surface tension and its dependency on the nanoparticles and SDS, various pendant drop surface tension experiments conducted for different types of nanoparticles, SDS concentrations, and solvents at Hacettepe University Advanced Technologies Application and Research Center. The experimental results revealed that both nanoparticles and SDS have the ability to decrease the surface tension of solvents.
These experimental results used as reference for the agent-based models to computationally mimic the behavior of surface tension for selected SDS concentrations varying between 0.1×CMC to 10×CMC. At the model development stage, agent schema developed at first and it has been used to create the agent-based models to picture the behavior of surface tension at gas-liquid interface with the aid of Waterfall Software Development Methodology. All agents defined as sets of attributes consisting real life counterparts of nanoparticles, SDS, and interface. Agent-based models designed to simulate the agents to reside in 12 different solvents with density values varying between 0.49 g/ml to 1.45 g/ml. Agent-based models designed to allocate the micelle formation under certain conditions.
Throughout the thesis, agent-based models implemented in NetLogo to run on both Linux and Windows based systems. Models have been subjected to validation, verification, sensitivity, and load tests prior to their deployment. Each test executed twice for 5×103, 7.5×103, 10×103, 12.5×103, 15×103, 50×103, and 75×103 same-charged and uncharged nanoparticles as well as SDS molecules. Load tests exposed that the computer system used in this thesis is capable of implementing models with less than 200×103 agents.
The analysis of experimental results from HUATARC and agent-based models showed that agent-based models are capable of predicting the steady state of the surface tension. The relation between as average # nanoparticles at the interface and measured surface tension values are non-linear and this condition cannot be defined by normal distribution. Spearman and Kendall correlation analysis applied and their coefficients for the mentioned variables have been calculated as -0.999 and -0.995, respectively. Time correlation analysis for surface tension experiments and agent-based models has been done for the selected models. The results showed that each tick corresponds to 2.49 ms.
In addition to above studies, this thesis intended to analyze and identify the effects of nanoparticles and SDS to surface tension by developing a simple, practical, and low cost measurement technique. The experimental results of the technique intended to be used in the implementation of artificial neural network (ANN) models for simulating the behavior of surface tension under certain conditions. Since, the total number of data from the experiments found to be insufficient for ANN models, this part of the study put on hold. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Agent-based modeling | tr_TR |
dc.subject | Nanoparticles | tr_TR |
dc.subject | Interface | tr_TR |
dc.subject.lcsh | Çevre mühendisliği | tr_TR |
dc.title | Agent-Based Modeling of Nanoparticles at Gas-Liquid Interface with Emphasis on Environmental Systems | tr_TR |
dc.title.alternative | Çevresel Sistemler Vurgusu ile Gaz-Sıvı Arayüzündeki Nanopartiküllerin Ajan Tabanlı Modellemesi | |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Bu tezin temel amacı, gaz-sıvı arayüzünde SDS’nin olduğu durumlarda nanopartiküllerin yüzey gerilimi üzerindeki etkilerini araştırmaktır. Bu tez aynı zamanda, aynı yüklü ve yüksüz nanopartiküllerin davranışını ve SDS moleküllerinin yüzey gerilimi üzerindeki etkilerini ajan tabanlı modelleme yaklaşımıyla tanımlamayı amaçlamaktadır.
Yüzey gerilimini ve nanopartiküllere ve SDS'ye bağımlılığını araştırmak için Hacettepe Üniversitesi İleri Teknolojiler Uygulama ve Araştırma Merkezi'nde (HÜNİTEK) farklı nanopartikül türleri, SDS konsantrasyonları ve akışkanlar için yüzey gerilimi deneyleri yapılmıştır. Deneysel sonuçlar, hem nanopartiküllerin hem de SDS'nin çözücülerin yüzey gerilimini azaltma yeteneğine sahip olduğunu göstermiştir. Elde edilen sonuçlar 0,1×CMC ile 10×CMC arasında değişen SDS konsantrasyonları arasında yüzey geriliminin davranışını tanımlamak için geliştirilen ajan tabanlı modellerin referansları olarak kullanılmıştır. Model geliştirme aşamasında ilk olarak ajan şeması geliştirilmiş ve bu şema Şelale Yazılım Geliştirme Metodolojisi yardımıyla gaz-sıvı arayüzündeki yüzey geriliminin davranışını tanımlayan ajan tabanlı modellerin oluşturulmasında kullanılmıştır. Tüm ajanlar, nanopartiküllerin, SDS'nin ve arayüzün gerçek hayattaki benzerlerini içeren özellik kümeleri olarak tanımlanmıştır. Ajan bazlı modeller 0,49 g/ml ile 1,45 g/ml arasında değişen yoğunluk değerlerine sahip 12 farklı akışkanı simüle etmek ve misel oluşumunu göstermek için tasarlanmıştır.
Tez çalışmasında geliştirilen tüm ajan tabanlı modeller hem Linux hem de Windows tabanlı sistemlerde çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Modeller dağıtımlarından önce doğrulama, duyarlılık ve yük testlerine tabi tutulmuştur. Testler iki kere tekrarlanarak 5×103, 7,5×103, 10×103, 12,5×103, 15×103, 50×103 ve 75×103 adet aynı yüklü ve yüksüz nanopartiküller ile SDS molekülleri için çalıştırılmıştır. Yük testleri, bu tezde kullanılan bilgisayar sisteminin 200×103 adet ajandan daha az modeller için çalıştırabildiğini ortaya koymuştur.
HÜNİTEK’te yapılan deneylere ait sonuçlar ile ajan tabanlı modellerden elde edilen verilerin analizleri, ajan tabanlı modellerin yüzey geriliminin denge durumunu tahmin etme konusunda başarılı olduğunu göstermiştir. Arayüzde bulunan ortalama nanopartikül sayısı ile ölçülen yüzey gerilim değerleri arasındaki ilişkinin doğrusal olmaması nedeniyle Spearman and Kendall korelasyon analizi yapılmış ve korelasyon katsayıları -0,999 ve -0,995 olarak hesaplanmıştır. Netlogo ajan tabanlı modellerde kullanılan zaman birimi “tick” ile günlük hayatta kullanılan zaman birimleri ile ilişkilendirilmesi için yapılan hesaplamalarda 1 tick’in 2,49 ms olduğu bulunmuştur.
Belirtilen çalışmalara ek olarak, bu tez çalışması kapsamında yüzey gerilimi ölçümü için basit, pratik ve düşük maliyetli bir ölçüm tekniği geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu teknik kullanılarak elde edilen sonuçlar ile deney düzeneğinin yapay sinir ağları (YSA) modelleri tasarlanmıştır. Ancak, yüzey gerilimi ölçümlerinden elde edilen verilerin yeterli sayıda olmaması nedeniyle YSA modelleri çalıştırılamamıştır. | tr_TR |
dc.contributor.department | Çevre Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | 6 ay | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2021-08-17T07:12:01Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |
dc.subtype | software | tr_TR |