Mathematical modeling and simulation of microfluidic flow in gas sensors
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: HALE YURTTUTAN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Yusuf Uludağ
Eş Danışman: Gürkan Karakaş
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yarı iletken metaloksit gaz sensörleri, çeşitli gazların tespiti ve nicelendirilmesini sağlayarak hem endüstriyel ortamlarda hem de ev içi uygulamalarda geniş bir kullanım bulmuştur. Karbonmonoksit (CO) tespiti, insan sağlığı üzerindeki potansiyel toksik etkileri nedeniyle hayati önem taşır. Bu çalışma, COMSOL Multiphysics kullanarak CO'ya karşı SnO2 tabanlı gözenekli bir metal oksit gaz sensörünün algılama davranışına kapsamlı bir inceleme sunmaktadır. Bu çalışmada, aşırı oksijen ortamındaki CO gazı, bir ölçüm odasına giriş hızı ile sunulmuştur ve sensörün zamana bağlı yanıtı incelenmiştir. Model, taşınımsal ve difüzyonel kütle transferini, reaksiyon kinetiğini, iletkenliği ve elektrik akımı modellerini kapsar. Dinamik iyonize oksijen yoğunluğu, gaz konsantrasyonu ve sensörün iletkenliği arasındaki bağlantı olarak kurulmuştur. Sensörün yanıtı, değişken karbonmonoksit konsantrasyonları, giriş hızları, sıcaklıklar, sensör kalınlıkları ve gözeneklilikleri için incelenmiştir. Bulgular, reaksiyon ve difüzyonun rekabet eden etkisinin, sensör filminin içindeki genel dağılımı büyük ölçüde belirlediğini göstermektedir. Ayrıca, hava akışı boyunca taşınan CO moleküllerinin etkisini vurgulayan CO konsantrasyonunun uzunlamasına dağılımı, yerel Sherwood sayısının incelenmesi ile desteklenmiştir. CO giriş konsantrasyonunun sensörün iletkenliği ve hassasiyeti üzerindeki etkisi, CO giriş konsantrasyonundaki bir artışın daha yüksek iletkenliğe ve hassasiyette kademeli bir artışa yol açtığını göstermiştir. Ancak, hassasiyet nihayetinde reaktif sitelerin doygunluğu nedeniyle bir platoya ulaşır. Ek olarak, giriş hızının ve yatay/dikey akış konfigürasyonlarının iletkenlik profil üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sıcaklığın iletkenlik ve hassasiyet üzerindeki etkisi, tüketim ve iyonize oksijen yoğunluğunun geri kazanımı arasındaki rekabet etkisi temelinde incelenmiştir. Ayrıca, çalışma hassasiyet ile sensör filmi kalınlığı arasındaki ters ilişkiyi ve hassasiyet ile gözeneklilik arasındaki doğrudan orantıyı gösterir.