LEE- Enerji Bilim ve Teknoloji-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 3 / 3
-
ÖgeThe use of doped ZnO nanomaterials with enhanced optoelectronic properties as an electrode(Graduate School, 2021-01-15)In this thesis, the structural characteristics of ZnO:Al thin film have been modified for its improvement of optical parameters and electrical properties to applying in optoelectronic devices. ZnO:Al thin film has presented optimum properties for optoelectronic applications such as photovoltaic solar cells, transparent conductors, semiconductor heterojunctions due to the improvement of its optical model and energy band gap. The optical parameters have been improved with Al concentration to exploit ZnO:Al thin film due to the enhancement of electronic properties as semiconductor materials in diode technology. The refractive index and extinction coefficient were changed slightly due to the increase of Al concentration. The examinations of extinction coefficient (k) and refractive index (n) have presented the importance to use this cost-effective thin film in the semiconductor devices. For this purpose, the main objective of this research to focuses on investigation structural, optical, and electrical properties of ZnO thin films as a transparent layer for thin films. This research focused on three interrelated topics in this dissertation; i) different Al doping concentration, ii) pre-post annealing temperature, and iii) various annealing ambient showed important impact on structural, optical, and electrical properties of ZnO metal oxides. Pure and Al-doped ZnO thin films were deposited on the glass substrates by sol-gel dip and spin coating techniques. During the study, the influence of the techniques compared on the ZnO:Al films structural and optoelectronic features. The films were prepared by dip coating technique provided lower sheet resistivity and higher surface roughness. Due to the better optoelectronic result of the dip coating technique, the ZnO:Al /p-Si heterojunction films were prepared by sol-gel dip coating technique. Various different techniques applied to characterized ZnO:Al thin films structural, optical, and electrical properties for analyzing doping concentration, pre-post annealing effects, and different annealing ambient conditions. Controlling doping concentration, pre and post annealing temperature, and ambient condition provided high quality crystal structure (hexagonal wurtzite structure), lowest grain boundaries and sheet resistivity (oxygen and vacuum ambient) and lowest lattice defects and good surface roughness (at 700°C and 800°C). Al doped ZnO thin films were deposited on p-Si substrate to preparing ZnO:Al/p-Si heterojunction films for optoelectronic applications. Al doped ZnO played a critical role in the heterojunction films as a transparent electrode layer. ZnO:Al films show high transparency (%85), low absorption in the visible-infrared region where electromagnetic waves and atoms displayed lowest interaction, large band gap (~3.37eV) which only absorb high frequency electromagnetic waves in the UV region, and high rectification ratio (good rectifying behavior) with p-Si. Additionally, ZnO:Al/p-Si heterojunction films show good compatible at interface and tune band bending.
-
ÖgeYüksek güçlü LED (ışık yayan diyot) ışık kaynaklı armatürlerin soğutma sistemlerinde ısı borularının kullanım analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-01-25)LED ışık kaynakları günümüzde genel aydınlatma uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Işık akısı, etkinlik faktörü ve ömür gibi kriterler dikkate alındığında LED ışık kaynakları geleneksel ışık kaynaklarının alternatifi olabilecek performanslar ortaya koyabilmektedir. Ancak çalışma sırasında yüksek ısıl güçlerin açığa çıkması sebebiyle LED ışık kaynaklı armatürlerin ısıl yönetimleri bir diğer deyişle soğutmaları önemli bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Sürekli ve etkili bir soğutma sistemi olmadan LED'lerin beklenilen etkinliği sağlamaları mümkün değildir. Bu tezde öncelikle LED ışık kaynaklarının özelliklerine sıcaklığın etkisinin belirlenebilmesi amacıyla ölçümler gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak LED'lerin özelliklerinin sıcaklıktan farklı oranlarda etkilendiği gözlemlenmiştir. Bununla birlikte ölçülen tüm LED'lerin özellikleri artan sıcaklıktan olumsuz etkilenmiştir. Literatürde mevcut soğutma sistemleri ile ilgili araştırma gerçekleştirildiğinde, aktif ve pasif pek çok sistemle karşılaşılmıştır. Üstünlük ve zayıflık analizleri yapıldığında ise sadece soğutucu kanatların kullanıldığı sistemler ile soğutucu kanatlar ve ısı borularının birlikte kullanıldığı sistemler ön plana çıkmıştır. Bu kapsamda noktasal ısıl yüklerin yüksek, dolayısıyla sıcaklık etkileşiminin kritik olduğu COB LED'lerin kullanıldığı bir aydınlatma armatürü prototibinin sadece kanatlı ve ısı borulu kanatlı iki farklı soğutma sistemine sahip versiyonlarının ısıl simülasyonları yapılmış, üretimleri gerçekleştirilmiş ve deneysel analizleri yapılmıştır. Deneysel ölçümler ile ısıl simülasyon sonuçları doğrulanmış ve iki sistem birbiriyle karşılaştırılmıştır. Belirlenen noktalarda iki sistem arasında ortalama sıcaklık farkının yalnızca 3,3°C olduğu gözlemlenmiştir. Işık akısı olarak 253 lümene karşılık gelen bu değer armatür toplam ışık akısında sadece % 0,6'lık bir farklılığı göstermektedir. Değerlendirilen armatür prototibi için iki soğutma sistemi arasında yüksek sıcaklık ve ışık akısı farkı ortaya çıkmamıştır. Çalışmada, iki sistem için gerçekleştirilen ek ısıl simülasyonların parametrik irdelemesi istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Öncelikle seçilen parametreler için faktöriyel analizler gerçekleştirilmiştir. Faktöriyel analizlerden elde edilen ön bilgiler de göz önüne alınarak daha fazla simülasyon sonucu içeren bir regresyon analizi yapılmıştır. Soğutucu malzemesinin, termal macunun (gres) ısıl direncinin ve ısıl gücün etkili parametreler olduğu belirlenmiştir. Ayrıca sistemin maksimum sıcaklığına etki eden parametre etkileşimleri de belirlenmiştir. Detaylı regresyon analizleri sonucunda, soğutucu sistem tasarımının yani sadece kanatlı ya da ısı borulu kanatlı sistem ayrımının tek başına etkili olmadığı görülmüştür. Diğer yandan tasarımın diğer parametreler ile ikili ve üçlü etkileşimlerinin olduğu gözlemlendiğinden, soğutucu sistem farklılığının regresyon denklemlerinde bulunması gerektiği sonucuna varılmıştır. Tez kapsamında yapılan ölçümler ile ortaya çıkan bir diğer önemli sonuç, LED ışık kaynağı özelliklerinin sıcaklık ve sürüş akımından farklı oranlarda etkilenebildiğinin görülmesidir. Bu durum tasarım aşamasına geçilmeden önce LED özelliklerinin ölçüm ile belirlenmesinin gerekliliğini ortaya çıkarmaktadır. LED üreticilerinin kataloglarında LED özelliklerini farklı sıcaklık ve farklı sürüş akımı değerleri için vermesinin armatür üreticilerine tasarımda yol gösterici ve doğru yönlendirici olacağı açıktır.
-
ÖgeDemir çelik endüstrisinde toz kömür ve karışımları enjeksiyonunun çevresel etkisinin incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)Yüksek fırında kok tüketimini ekonomik sebeplerden ötürü azaltmak üzere geliştirilen toz kömür enjeksiyon teknolojisi, faydalarla birlikte bazı sorunları da beraberinde getirmektedir. Bu güncel sorunlardan önemli olanı, yüksek toz kömür enjeksiyonu nedeniyle kömürün yanma kalitesinin düşmesi ve yanmayan kömür parçacıklarının kok yatağı geçirgenliğini bozmasıdır. Hem maksimum toz kömür enjeksiyonunun sağlanması hem de düşük emisyon kaygıları nedeniyle yanma rejiminin iyileştirilmesi gerekmektedir. En önemli beklentiler, yanma alev kararlılığının sağlanması gibi yanma kalitesini arttıracak önlemler olmaktadır. Yanma kalitesinin arttırılması için yanma koşullarının iyileştirilmesi gerekmektedir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile çalışan ANSYS-FLUENT çözümü, bu amacı kolaylaştıran önemli bir araçtır. Ayrıca yakıt türünün geliştirilmesi (ön işlemden geçirme, uçuculuğu yüksek külü düşük bir biyokütle ile veya iyileştirilmiş bir kömür ile karıştırarak yakma vb.) de diğer bir yöntem olarak demir çelik endüstrisinde tercih edilen alternatiflerdendir. Tez çalışmasında, yüksek fırında toz kömür yakılmasını simüle eden bir model geliştirilmiştir. Bu model ANSYS-FLUENT paket programı kullanılarak geliştirilmiştir. Modelin doğrulanmasında, literatürden yararlanılarak, pilot ölçekli bir toz kömür enjeksiyon sisteminde (EUR8544 projesi) yapılmış deney sonuçları kullanılmıştır. Geliştirilen ANSYS FLUENT ön-karışmasız yakma model sonuçları bu deneylerle karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırma, model ile deneysel proje sonuçlarının önemli ölçüde birbiri ile uyumlu olduğunu göstermektedir. Doğrulanan model yardımıyla optimizasyon çalışması yapılarak, yanma koşullarındaki iyileşmeler tespit edilmiştir. Modelde ve deneyde belirlenen sıcaklık dağılımları karşılaştırmasına göre, ölçülen ve hesaplanan değerler iyi bir uyum içindedir. O2 gaz çıkış yüzdesi dağılımında simülasyonla hesaplanan oksijen yüzdesi biraz daha yüksektir. Yanmanın yoğun olduğu bölgede CO oranı hesapta çok daha yüksek görülmektedir. CO2 oranı deney ve hesapta yaklaşık %14 civarında salınmaktadır. Uçucu çıkış hızı dağılımına göre ölçülen ve hesaplanan değerler iyi bir uyum içindedir. Yanabilen kömür (char) yanma hızı dağılımına göre ölçülen ve hesaplanan değerler önemli ölçüde uyumludur. Sonuç olarak yanma kalitesinin artması için, toz kömür enjeksiyonunun yakma havası ile buluştuğu enjektör çıkışında hava ile birlikte yoğun bir şekilde karışmasının zorunlu olduğu görülmektedir. Kok beslemesi sırasında, yüksek fırınının üstünden beslenen havanın yarattığı basıncın fırında dengelenmesi ve kömür yanma veriminin hesaplanması için, tüyerden yakma havasının kömür ile birlikte giriş hızının ortalama 200 m/s olduğu görülmüştür. Tüyerden YF'ye giren toz kömür parçacıklarının modellenen yanma geometrisinde hava ile etkin bir şekilde karıştığı bölgelerde yanmanın daha etkin olduğu söylenebilir. Nitekim CO2 oranının aynı bölgede fazla çıkması, etkin karışım bölgesinde, ideal yanmanın sağlandığının bir diğer göstergesidir. Kömür besleme debisi, üfleme hızı gibi parametreler modelde değiştirilerek, optimum koşulların belirlenmesine çalışılmıştır. Bununla birlikte model üzerinde kömür ve biyokütle karışımları çalışılarak, biyokütle kullanımı imkanları araştırılmıştır. Günlük ortalama 528 ton kok fırına şarj edilmektedir. Ham kömür ile marangoz talaşı karışımı halinde, toz kömür karışım miktarı günlük 134,7 ton olabilir. Bu da yaklaşık olarak günde 126,9 ton kok tasarrufu anlamına gelir. Ham kömür ile Mısır koçanı karışımı halinde ise, yaklaşık olarak günde 126,9 ton kok tasarrufu sağlanabilmektedir.