2

20. ULUSAL SIVI HAL SEMPOZYUMU PROGRAMI 16 Aralık 2016

Pîrî Reis Üniversitesi, Sahil Kampüsü, Tuzla-İSTANBUL

09:30 - 10:00 KAYIT

10:00 - 10:10 Açılış Konuşması Türkiye’de Sıvıhal Fiziği Çalışmalarının 25 Yılı Hasan Tatlıpınar (Yıldız Teknik Üniversitesi)

10:10 – 10:30 Water, Climate Change, Humankind Sondan Durukanoğlu (Sabancı Üniversitesi)

10:30 – 10:50 İklim Değişikliği ve Küresel Isınma Levent Kurnaz (Boğaziçi Üniversitesi)

10:50 - 11:10 Changing Climate and Turkey’s Hotspots Ömer Lütfi Şen (İstanbul Teknik Üniversitesi)

11:10 – 11:30 İklim Değişikliği ve Su Levent Şaylan (İstanbul Teknik Üniversitesi)

11:30 – 11:40 Effect of Global Warming on the Oceans Alimet Sema Özen (Pîrî Reis Üniversitesi)

11:40 - 13:00 ÖĞLE YEMEĞİ

13:20 - 13:40 Chiral Spin-Glass Phases, Fibrous Microreentrances,

Nano-Controlled Frustration, Multiple Chaos, and

Holywood Goes to Statistical Mechanics

Nihat Berker (Sabancı Üniversitesi & MIT)

13:40 - 14:00 Observations and Modeling of the Turkish Straits System

Emin Özsoy (İstanbul Teknik Üniversitesi)

14:00 - 14:10 Experimental Test of Halperin-Lubensky-Ma Universal Scaling Form of N - SmA Transitions in Binary Mixtures of Liquid Crystals Mehmet Can Çetinkaya (İstanbul Teknik

Üniversitesi)

14:10 - 14:20 Computational Modeling of Iron Binding and Release in

Human Serum Transferrin

Haleh Abdizadeh (Sabancı Üniversitesi)

3

14:20 - 14:30 Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Kardiyovasküler

Cerrahide Planlama

K. Banu Köse (İstanbul Medipol Üniversitesi)

14:30 - 14:45 ÇAY-KAHVE

KISA KONUŞMALAR

14:45 - 14:50 NIPA-GO Composites: Gelation and Elasticity with

Various GO Contents

Batuhan Ünver (Pîrî Reis Üniversitesi)

14:50 - 14:55 İçme Sularının Toplam Alfa-Beta Radyoaktivite

Ölçümüne İlişkin Deneysel Çalışma

Zuhal Er (İstanbul Teknik Üniversitesi)

14:55 - 15:00 Metalik Camsı Yapı Oluşumu ve Kristalizasyonu:

Ni80Rh20 Alaşımı MD Simülasyonu

Ülkü Bayhan (Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi)

15:00 - 15:05 Süperhidrofobik Polistiren-SiO2 Kompozit Yüzeylerin

Islanabilirlik ve Optik Özellikleri

Elif Özen Cansoy (Pîrî Reis Üniversitesi)

15:05 - 15:10 Deformation Equilibrium for Swollen Gels

Ozan S. Sarıyer (Pîrî Reis Üniversitesi)

15:10 – 15:15 KAPANIŞ

4

Türkiye’de Sıvıhal Fiziği Çalışmalarının 25 Yılı

Hasan Tatlıpınar

Yıldız Teknik Üniversitesi

Özet: Türkiye’de sıvıhal fiziği çalışmaları İstanbul Üniversitesi, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Boğaziçi Üniversitesi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Trakya Üniversitesi, Kocaeli Üniversitesi, Ege Üniversitesi, Dokuz Eylül Üniversitesi gibi kısmen eski ve Bilkent Üniversitesi, Sabancı Üniversitesi, Koç Üniversitesi, Piri Reis Üniversitesi gibi kısmen yeni üniversiteler başta olmak üzere Türkiye’deki birçok üniversiteden bilim insanları tarafından yapılmaktadır. Maddenin sıvı halini çeşitli fiziksel özelliklerine göre alt gruplara ayırmak mümkündür. Buna göre çok genel olarak sıvıları klasik sıvılar ve kuantum sıvıları diye iki gruba ayırabiliriz. Klasik sıvılar kendi arasında su içeren sıvılar, sıvı metaller ve alaşımlar, iyonik sıvılar, biyo-sıvılar, karmaşık sıvılar gibi alt gruplara ayrılabilir. Benzer şekilde kuantum sıvıları da düşük sıcaklıkta sıvı Helyum da olduğu gibi atomik kuantum sıvıları ve iletkenlerde veya yarıiletkenlerde olduğu gibi elektron sıvıları, gibi alt gruplara ayrılabilir. Bu konularda yapılan çalışmaların yanında üniversitelerin mühendislik bölümlerinde akışkanlar ile ilgili yapılan çalışmaları da sıvıhal çalışmaları grubuna eklemek mümkündür. Bu sunumda klasik ve kuantum sıvılarının incelemesinde kullanılan yöntemler özetlenerek Türkiye’deki üniversitelerde çeyrek yüzyılda bilim insanlarının yaptığı çalışmalardan örnekler verilecektir. Ayrıca bu dönemde Türkiye’ye gelmiş ve çeşitli gruplarla çalışmış başka ülke bilim insanlarının çalışmalarından da bahsedilecektir.

5

Water, Climate Change, Humankind

Sondan Durukanoğlu

Sabancı University

Abstract: Life as we know it on planet Earth requires an atmosphere that provides sufficient oxygen, carbon, and temperature. On the other hand, fractions of green house gases in the atmosphere are critical for sustaining stable habitable temperature on the surface of the planet and any drastic change in these fractions may lead to disastrous consequences in many aspects of our life. In this talk, I will first discuss climate change then its possible reflections on water and thus on survival of humankind on the planet.

6

İklim Değişikliği ve Küresel Isınma

Levent Kurnaz

Boğaziçi Üniversitesi

Özet: 1776 yılında James Watt tarafından geliştirilen buhar makinası bir yandan insanlığın gelişiminde önemli bir rol oynarken öte yandan hem madenlerden kömür çıkartmayı kolaylaştırdı, hem de çıkartılan kömürün çok daha değişik kullanım alanlrı bulmasının da önünü açmış oldu. Zaman içerisinde petrol ve doğalgazın da kömür benzeri şekilde yakıt olarak kullanılmaya başlanmasıyla atmosferdeki karbondioksit miktarı her geçen gün daha da arttı. Atmosferdeki sera gazı dediğimiz uzun dalga ışımanın uzaya yayılmasını engelleyen bu gazların miktarındaki artış yeryüzünden yayılan ısının atmosferde hapsolmasıyla atmosferin enerji içeriğini değiştirdi. Atmosferdeki hava olayları en başta atmosferin her noktasındaki sıcaklığa bağlı olduğundan atmosferin ısı miktarındaki değişiklik tüm hava olaylarına da etki edecektir. Atmosferin hidrodinamiğini ve termodinamiğini değiştiren bu etkiye kısaca iklim değişikliği diyoruz.

İklim değişikliğinin şimdiye kadar olan etkisi atmosferin ortalama sıcaklığını arttırmak yanında hava olaylarının süresini ve şiddetini değiştirmek şeklindedir. Son 150 senede bir yandan Dünya'nın yüzey sıcaklığı yaklaşık bir derece artarken öte yandan da uç olayların şiddeti ve sıklığı da kayıt edilmiş inanlık tarihinde görülmemiş biçimde artmıştır.

Günümüzde bilim insanlarına düşen görev bu değişimlerin yakın ve orta gelecekte izleyecekleri yolu tahmin edebilmektir. Bu bağlamda yapılan iklim modelleri temelde Dünya'nın Güneş'ten aldığı enerjiyi, Dünya'nın yüzey yapısını ve atmosferdeki sera gazı oranlarını girdi olarak kullanmaktadır. Bu girdiler arasında en belirsiz olan insanlığın gelişimine bağlı olarak değişen sera gazı salımlarıdır. Bu girdiler kullanılarak gerek Dünya'da gerekse de ülkemizde iklimin nasıl değişebileceği belirli sınırlar içerisinde öngörülebilmektedir. Eğer insanlık bugünkü tüketim toplumu anlayaşından vazgeçmeyecek olursa Dünya'nın ortalama yüzey

7

sıcaklığının bu yüzyılın sonuna kadar 5-8 derece artması beklenmektedir. Ülkemiz ise iklim değişikliğinden en fazla etkilenecek bölgelerden biri olan Doğu Akdeniz Havzası'nda yer almakta olduğundan yüzyılın sonuna kadar 7-8 derecelik bir sıcaklık artışı ile birlikte yağışlarda %30'a varan azalma görülebilecektir.

Bir yandan bu değişiklik miktarlarını daha kesinlikle öngörebilmek, öte yandan da bu değişikliklerin en küçük ölçekteki etkilerini hesaplayabilmek için yapılan bilimsel çalışmalar önümüzdeki resmi daha iyi görebilmemize yardımcı olmaktadır.

8

Changing Climate and Turkey’s Hotspots

Ömer Lütfi Şen

Istanbul Technical University

Abstract: Observations are indicating that the Earth’s climate is getting warmer. In line with this, the sea and land ice are melting, snow cover is shrinking, sea level is rising, and precipitation patterns are changing. The IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) assessment reports point out the Mediterranean Basin as one of the hotspots in the world because of its vulnerability to climate change impacts. The future climate change projections are all suggesting significant reductions in the precipitation amounts for the basin. Turkey, a Mediterranean country, is projected to have less precipitation in the future as well. The detailed spatial projections indicate that especially the southern half of Turkey will be subject to lowered rates of precipitation. There is no doubt that this will adversely affect the water resources in these parts of Turkey. The projections indicate significant reductions in the water resources from the Mediterranean to Euphrates and Tigris basins of Turkey by the end of the present century. The same projections demonstrate substantial increases in the temperatures all over the country. These changes together suggest three regions (hotspots) where the vulnerability will be increased by the adverse impacts of the climate change: Istanbul, Konya basin and GAP (Southeast Anatolian Project) region. The projections do not foresee a significant change in the precipitation of Istanbul. However, global warming and urban heat island effect as result of urbanization are expected to cause significant increases in the temperatures of the city. In such environment, the heat waves could be fatal, especially for the elderly people, children and those who have heart problems. Konya Basin is the breadbasket of Turkey. Konya Basin, in addition to temperature increase, will experience reduction in precipitation, thus further shortage of water resources. This situation is expected to exacerbate the already negative conditions there. Thus, the sustainability of irrigated agriculture and choice of adopted crops with high water demand in the basin will continue

9

to be a hot topic of debate in the future. GAP is a water based development project for the southeast Anatolia region of Turkey. It aims to generate electricity and irrigate the vast plains of the region by utilizing the waters of the Euphrates and Tigris rivers. Irrigation of large areas results in large amounts of water loss through evapotranspiration. Currently, about 25% of the irrigation project are realized in GAP region. This means that in the future more areas will be irrigated, and this will increase the water loss from the surface. Climate change projections indicate decreases in the precipitation of the region as well. The projections incorporating both land cover land use change and greenhouse gas emissions suggest that the water resources of the headwaters region may not meet the irrigation water demand in the GAP region in the future. Given the fact that Turkey has to release water for the downstream countries, the multidimensional water issue of the region will get more difficult to resolve under a changing climate. The unfavorable conditions of the future could worsen the water disputes amongst the basin countries.

10

İklim Değişikliği ve Su

Levent Şaylan

İstanbul Teknik Üniversitesi

Özet: Sanayileşme ile birlikte başladığı kabul edilen, atmosferdeki sera gazları konsantrasyonlarındaki yapay artış, küresel ısınmaya ve bunun sonucunda iklim değişikliğine neden olmaktadır. Bu amaçla, hükümetler arası bir kuruluş (IPCC) çalışmalarına başlamış ve iklimdeki değişmeler, bunun sebepleri, etkileri ile alınması gerekli önlemler üzerinde yoğunlaşmıştır. Gelinen durum, bilhassa atmosferdeki CO2, CH4 ve N2O konsantrasyonlarında dikkate değer bir artışın olduğu, bunun yavaşlatılması, hatta durdurulması gerektiğidir. Meydana gelen küresel ısınma, bilhassa yağışların miktar, tipi ve dağılımını etkilemekte, su seviyelerinde yükselmelere, kuraklık ve sel gibi ekstrem olayların meydana gelmesine, buharlaşmanın artmasına neden olabilmektedir. İklim değişikliği ile sadece yağışta değişim meydana gelmeyecektir. Diğer meteorolojik faktörler de değişecektir. Bu faktörler suyun hal değişikliğini de kontrol etmektedir. Bu çalışmada, Dünya’da iklim değişikliği ve su kaynaklarına etkileri konusundan çok; ülkemizde iklim değişikliği ile bunun su üzerine yapabileceği etkiler, farklı sektörler açısından değerlendirilecek ve yapılan uygulamalı sonuçlardan bazı örneklerle açıklanacaktır.

Anahtar Kelimeler: İklim değişim ve değişikliği, Su, Buharlaşma, Su Meteorolojisi

11

Effect of Global Warming on the Oceans

Alimet Sema Özen

Pîrî Reis University

Abstract: Global warming and climate change are among the most important problems that urge for an international approach and development of immediate solution strategies. The rise in the average global temperature is actually less than the expected values compared to the amount of CO2 emissions by burning fossil fuels after the industrial revolution. One of the main reasons for this is the absorption of the extra heat by the oceans and large water bodies in the planet. On the other, unless we take the necessary precautions, the role of the oceans in the reduction of global warming will diminish or reach a state of saturation and our planet will have to face bigger, much less predictable and much more destructive climate events.

Global warming has serious effects of the Blue Economy with sub-sectors such as maritime, food, energy and tourism. Some of these effects might seem beneficial in the short term (like opening of new transportation routes after the melting of glaciers), in the long run they might be harmful. In this work, the effect of global warming on the oceans and Blue Economy will be discussed.

12

Chiral Spin-Glass Phases, Fibrous

Microreentrances, Nano-Controlled

Frustration, Multiple Chaos, and Holywood

Goes to Statistical Mechanics

Nihat Berker

Sabancı University & MIT

Abstract: After a pedagogical introduction, recent results will be given. A spin-glass phase is obtained, for the first time, from competing chirality interactions and comes with novel phase transition phenomena.[1] The global phase diagram of this frozen-disordered chiral 3-state Potts system in d = 3 spatial dimensions is calculated by renormalization-group theory, in temperature, chirality concentration p, and chirality-breaking concentration c, with distinct determination of phase chaos and phase-boundary chaos. The system has ferromagnetic, left-chiral, right-chiral, chiral spin-glass, and disordered phases. The phase boundaries to the ferromagnetic, left- and right-chiral phases show, differently, an unusual, fibrous patchwork (microreentrances) of all four (ferromagnetic, left-chiral, right-chiral, chiral spin-glass) ordered phases, especially in the multicritical region. The chaotic behavior of the interactions under scale change are determined in the chiral spin-glass phase and on the boundary between the chiral spin-glass and disordered phases, showing Lyapunov exponents in magnitudes unexpectedly reversed from ferromagnetic-antiferromagnetic spin-glass systems. The latter, in which ferromagnetic and antiferromagnetic interactions do not match and local odd-clock degrees of freedom inject entropy, are also studied by renormalization-group theory in various integer and fractional spatial dimensions.[2] We show that with nano-rearrangements of ferromagnetic and antiferromagnetic interactions, the interaction non-matching (aka frustration) can be tuned without changing the material components. Thus, the spin-glass phase never before seen in d = 2 dimensions has been obtained and, in the opposite direction, the spin-glass phase always seen in three dimensions has been removed. In the spin-glass

13

phase in even-q-state clock spin models, we show the equivalence of the chaotic distribution of interactions at a given position appearing under consecutive scale changes and the chaotic distribution of interactions in all positions of the system at a given scale. A universality has been found across the different q values. In odd-q-state clock spin models, differently, asymmetric phase diagrams, as in quantum spin-glass systems, and many phases in which every point is a critical point have been found. 23 sequenced hierarchical models have been solved and the lower-critical dimension where the spin-glass phase disappears has been precisely determined with the non-simple non-integer value of 2.5210 [3], which also appears to be obeyed by chiral spin-glass ordering. In very recent work [4], ferromagnetic/antiferromagnetic right/left chiral clock spin-glass systems have been studied, showing rather rich phase diagram sequences, one example of which is shown below. In this connection, several obtained phase-diagram-morphing video movies will be shown.

References: [1] T. Çağlar and A.N. Berker, Phys. Rev. E 94, 032121 (2016). [2] E. Ilker and A.N. Berker, Phys. Rev. E 87, 032124 (2013); .

89, 042139 (2014); 90, 062112 (2014). [3] M.Demirtaş, A.Tuncer, A.N.Berker, Phys. Rev. E 92, 022136 (2015). [4] T. Çağlar and A.N. Berker, manuscript in preparation (2016).

14

Observations of Volume Fluxes of the Turkish Straits System

Emin Özsoy (a) and Hüsne Altıok (b)

(a) Istanbul Technical University & Middle East Technical University

(b) Istanbul University

Abstract: The conservation of mass for the Turkish Straits System (TSS) requires that the net water flux through the system is balanced by the rate of mean sea level change and the other water imports / exports. Mean fluxes of the two-layer exchange at the TSS is computed from the mass budgets, by taking into account the long-term averages of salinity, a conservative tracer, at the various junctions (Fig. 1). An approximate ratio of ~2 between the output and input mass fluxes is required by the long-term water budget (Ünlüata et al., 1990; Beşiktepe et al., 1993). There are large transports of water between the layers by turbulent entrainment processes. The exchange flows of the TSS, observed at the Bosphorus are found to increase in the spring and early summer, and weaken markedly in the autumn.

Figure 1: Volume fluxes of the Turkish Straits System in units of km3/y (1 km3/y = 31.7 m

3/s), after Beşiktepe et al. (1994). Numbers in parentheses are average salinity values used in the computations.

However, in actual observations of the TSS flows, the mean values are actually masked by the great variability on daily to inter-annual time scales, the typical experiment possibly being too short to

15

establish statistics (Özsoy and Altıok, 2017). The parametric dependence of the upper and lower layer fluxes on the net flux is briefly displayed in Fig.s 2 and 3 for the Bosphorus and the Dardanelles.

Direct measurements of fluxes have been performed by taking transects across the strait using a vessel-mounted ADCP. The methodology has been used to compute fluxes at the Bosphorus Strait first by (Özsoy et al., 1996, 1998) during 1998-1999 and later by Altıok and Kayışoğlu (2015), during a 10-year monthly measurements campaign to monitor the Bosphorus fluxes at the two ends of the Strait.

Figure 2: Upper and lower layer fluxes as a function of the net flux in the Bosphorus Strait. The sign convention in this figure sets both the upper layer and the lower layer fluxes to have positive values in their respective general flow directions.

The summary of historical estimates of layer fluxes based on mass budgets and vessel-mounted ADCP measurements, replotted in Fig. 2, indicate a clear relationship with the net flux, which is the main forcing of the strait despite a lot of scatter in the data. It is also evident from Fig. 6 that either the upper or the lower layer currents

16

are blocked beyond certain limiting values of the net flux. Approximate limits for the net current to block the upper and lower layers respectively are -20000 m3/s (630 km3/y) and 30000 km3/s (950 km

3/y) according to the results from all measurements

reported above. These limits are consistent with modelling results of Sözer and Özsoy (2016) and Sannino et al. (2016).

The average volume fluxes computed from the long-term campaign of monthly measurements by Altıok and Kayışoğlu (2015) allows statistical evaluations, despite the extreme variability observed in the Bosphorus Strait. The means and trends of volume fluxes calculated for stations B3, K0 respectively at the south and north ends of the Strait and also the difference B3-K0 are given in Table 1. These significant trends in fluxes could be related to the climatic changes in precipitation, river runoff and evaporation of the Black Sea.

Table 1: Means and trends of volume fluxes of Bosphorus Strait Based on the 1999-2010 campaign (positive values of the means

imply southward flow)

Section Upper layer Lower layer Net (total)

Mean (m

3/s)

Trend (m

3/s/y)

Mean (m

3/s)

Trend (m

3/s/y)

Mean (m

3/s)

Trend (m

3/s/y)

B3 13314 -373 -7896 -110 5417 -484

K0 12543 -306 -8101 -191 4442 -497

B3-K0 771 -67 205 80 976 13

More recent volume flux estimates based on continuous current measurements at the Bosphorus and Dardanelles by Jarosz et al. (2011a,b, 2012, 2013) and Book et al. (2014), based on pairs of moorings containing acoustic Doppler current profilers (ADCPs) deployed at each end of the Bosphorus and Dardanelles Straits as part of a collaboration between United States Naval Research Laboratory, NATO Undersea Research Center (NURC) and the Turkish Navy Office of Navigation, Hydrography and Oceanography (ONHO). The continuous measurements by moored instruments at the two ends of the Bosphorus covered about six months, while the same at the Dardanelles covered more than a year during the 2008-

17

2009 period, for which the statistics are shown in Table 2.

Table 2. Mean Layer and Net fluxes at the Bosphorus and Dardanelles Straits and Flux Differences between two ends of each strait during the 2008-2009 campaign (positive sign implies southward flow)

Layer Bosphorus Difference Dardanelles Difference

South (m

3/s)

North (m

3/s)

South-North (m

3/s)

South (m

3/s)

North (m

3/s/)

South-North (m

3/s)

Upper 14071 11875 2217 36329 25560 10844

Lower -10564 -8018 -2559 -32129 -14473 -17673

Net 3508 3857 -342 4200 11087 -6829

Parametric plots of the flux time series obtained in 2008-2009 are presented in Fig. 3, in a similar manner as in Fig. 2. The response of the Bosphorus Strait, clearly aligned along tight pattern of phase trajectories suggests strict hydraulic controls at the two or more sections of the strait constituting a “maximal exchange” response in Fig. 3a, which differs in appearance from the Dardanelles Strait in Fig. 3b. Considering that the continuous time-series represents a dynamical response of a system, one would normally expect limit cycle or spiral trajectories about some mean pattern, as is more apparent for the Dardanelles, which has a submaximal exchange regime. The generally greater flux found at the southern section indicate entrainment to be directed towards the upper layer.

(a) (b)

Figure 3. Correlograms of upper and lower (green) layer fluxes with the net flux time series for the (a) Bosphorus and (b) Dardanelles Straits. The blue dots are for the southern end and the green dots are for the northern end sections for both straits.

18

Acknowledgements: We thank the great number of people from

various institutions responsible for collecting the data analyzed in

this review, essentially the faculty, students, technicians and

captains from the IMS-METU and the IMSM-IU, who have spent

great efforts over the many years since the very beginning of TSS

research in the 1980’s. We also thank Ewa Jarosz for providing the

volume flux data of the TSS-08 experiments. Various kinds of

support have been provided by İSKİ and TURBO projects.

References:

Altıok H. and M. Kayışoğlu(2015). Seasonal and Interannual Variability of Water Exchange in the Strait of Istanbul, Medit. Mar. Sci., 16 (3), 636-647.

Altıok, H., Aslan, A., Övez, S., Demirel, N., Yüksek, A., Kıratlı, N., Taş, S., Müftüoğlu, A. E., Sur, H. I., Okuş, E. (2014). Influence of the extreme conditions on the water quality and material exchange flux in the Strait of Istanbul, Journal of Marine Systems, 139, 204-216.

Beşiktepe, Ş., Sur, H. İ., Özsoy, E., Latif, M. A., Oğuz, T. and Ü. Ünlüata (1994). The Circulation and Hydrography of the Marmara Sea, Prog. Oceanogr., 34, 285-334.

Book, J. W., Jarosz, E., Chiggiato, J. and Ş. Beşiktepe (2014). The oceanic response of the Turkish Straits System to an extreme drop in atmospheric pressure, J. Geophys. Res., 119, 3629–3644.

Jarosz, E., W. J. Teague, J. W. Book, and Ş. Beşiktepe (2011a). On flow variability in the Bosphorus Strait, J. Geophys. Res., 116, C08038, doi:10.1029/2010JC006861.

Jarosz, E., W. J. Teague, J. W. Book, and Ş. Beşiktepe (2011b). Observed volume fluxes in the Bosphorus Strait, Geophys. Res. Lett., 38, L21608, doi:10.1029/ 2011GL049557.

Jarosz, E., W. J. Teague, J. W. Book, and Ş. T. Beşiktepe (2012). Observations on the characteristics of the exchange flow in the Dardanelles Strait, J. Geophys. Res., 117, C11012, doi:10.1029/2012JC008348.

19

Jarosz, E., W. J. Teague, J. W. Book, and S. T. Besiktepe (2013). Observed volume fluxes and mixing in the Dardanelles Strait, J. Geophys. Res. Oceans, 118, 5007–5021, doi:10.1002/jgrc.20396.

Özsoy, E., M. A. Latif, H. İ. Sur and Y. Goryachkin (1996). A Review of the Exchange Flow Regimes and Mixing in the Bosphorus Strait, in: F. Briand, (editor), Mediterranean Tributary Seas, Bulletin de l'Institut Oceéanographique, Monaco, Special Number 17, CIESM Science Series No. 2, Monaco.

Özsoy, E., Latif, M. A., Beşiktepe, S., Çetin, N., Gregg, N. Belokopytov, V., Goryachkin, Y. and V. Diaconu (1998). The Bosphorus Strait: Exchange Fluxes, Currents and Sea-Level Changes, in: L. Ivanov and T. Oğuz (editors), Ecosystem Modeling as a Management Tool for the Black Sea, NATO Science Series 2: Environmental Security 47, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, vol. 1, 367 pp + vol. 2, 385 pp.

Özsoy, E. and H. Altıok (2017). A Review of Water Fluxes across the Turkish Straits System, in Öztürk, B. et al. (editors), The Sea of Marmara - Marine Biodiversity, Fisheries, Conservation and Governance, TÜDAV Publication.

Sannino, G., Sözer, A. and E. Özsoy (2016). A High-Resolution Modeling Study of the Turkish Straits System (submitted for publication in Ocean Dynamics).

Sözer. A. and E. Özsoy (2016). Modeling of the Bosphorus Exchange Flow Dynamics (submitted for publication in Ocean Dynamics).

Stanev, E. V., and E. L. Peneva (2002). Regional sea level response to global climatic change: Black Sea examples. Global and Planetary Change, 32, 33-47.

Ünlüata, Ü., Oğuz, T., Latif, M. A., and E. Özsoy, (1990). On the Physical Oceanography of the Turkish Straits, in: The Physical Oceanography of Sea Straits, L. J. Pratt.

20

Experimental Test of Halperin-Lubensky-

Ma Universal Scaling Form of N - SmA

Transitions in Binary Mixtures of Liquid

Crystals

Sevtap Yıldız (a)

, Mehmet Can Çetinkaya (a)

, Şenay Üstünel (a)

, Haluk Özbek

(a), and Jan Thoen

(b)

(a) Istanbul Technical University

(b) University of Leuven

Abstract: Optical birefringences of several binary mixtures of liquid crystal octylcyanobiphenyl (8CB) and decylcyanobiphenyl (10CB) are investigated. The birefringence data, derived by rotating analyzer from phase angle shifts with respect to temperature, is used to determine nematic order parameter S values in the nematic and smectic A phases. The S values around N-SmA phase transition is used to probe possible entropy discontinuities at the transition temperature TNA. It is claimed that 10CB mole fraction dependence of these entropy discontinuities is well fitted with a crossover function consistent with the mean-field free-energy expression with a nonzero cubic term arising from the coupling between the smectic-A order parameter and the orientational order parameter director fluctuations in the Halperin-Lubensky-Ma theory. The results are in accordance with existing results from adiabatic scanning calorimetry. We have also extracted the critical exponent α values of these binary mixtures from the temperature derivatives of order parameter S near TNA, where power law divergenges of dS/dT is similar to that of specific heat capacity. It is observed that the critical exponent α reaches the tricritical value αTCP = 0.5 for the 10CB mole fraction of x = 0.330.

21

Computational Modeling of Iron Binding

and Release in Human Serum Transferrin

Haleh Abdizadeh, Ali Rana Atılgan, Canan Atılgan

Sabancı University

Abstract: We study distal site communication and dynamics for human transferrin (hTf). hTf is a bilobal transport protein which circulates iron in the blood and delivers it to tissues. It displays highly pH dependent cooperativity between the two lobes. Iron binds tightly to hTf and yet is promptly released at endosomal pH. hTf also forms a tight complex with the receptor during endocytosis and recycling back to the serum. We aim to capture the local motions of hTf that affect the global conformational change while binding the iron. Meanwhile, iron dissociation mechanisms from deeply buried binding cavities are revealed.

We have explored short-term dynamics of hTf to identify functional information relevant to long-term dynamics of iron-binding event via Perturbation Response Scanning (PRS) method. To explore the dissociation of iron in various conformational states of hTf, random acceleration molecular dynamics (RAMD) and steered molecular dynamics simulations are performed on the two lobes of hTf.

We apply PRS to extract essential components that contribute to large-scale conformational transition of hTf in complex with its human and bacterial receptors. We find that iron binding process is mainly coordinated by residues at the synergistic anion uptake sites, a finding also corroborated by multiple all-atom molecular dynamics simulations. The examination of local dynamics in the hTf–receptor pair reveals cooperativity in the quaternary structure and explains resistance to iron release in the complex. The analysis of the hTf complex with a bacterial receptor identifies two putative regions that mechanically manipulate dissociation from the pathogen. Our study provides a molecular level understanding of the full cycle of hTf iron-binding release dynamics while resolving residues directly participating in each event in the cycle.

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile

22

Kardiyovasküler Cerrahide Planlama

K. Banu Köse and Deniz Ufuk Erbulut

İstanbul Medipol Üniversitesi

Özet: Dolaşım sistemindeki problemlerin bir çoğu kardiyovasküler sistem geometrisi ve buna bağlı değişen kan akışı dinamikleri ile doğrudan ilgilidir. Kritik bir ameliyat öncesinde sadece hastaya ait kilink değerler ve üç boyutlu tarama (MR, CT) verileri (Şekil 1) kullanılarak yapılacak modelleme, görüntü işleme ve akışkan mekaniği hesabı ile hastanın tedavisine en uygun biyomateryal kolaylıkla saptanabilir ve hatta olası ameliyat yöntemleri arasında en doğru olan tedavi akışkan mekaniği mühendisleri ve klinisyenlerinın işbirliği ile kararlaştırılabilir.

Bu çalışmada akışkanlar mekaniğinin hastaya özel biyomateryal ve cerrahi operasyon öncesi planlamadaki yeri, kan akışı dinamiği ve etkileri, anatomik modelleme konularındaki sağlayabileceği katkılar üzerine yaptığımız çalışmalarda kullandığımız metodu içermektedir.

Gerçek klinik vakalara ait üç boyutlu tarama verilerinden modellemeler yapılıp akışkanlar mekaniği hesapları ile analizler raporlanmış, kritik bölgelerde hız, basınç, kayma gerilimi değerleri haritalanmıştır. Klinikte ölçülerek ulaşılamayacak veriler, hesaplanarak hastanın damar geometrisindeki gerçek kan akışı simülasyonu ile doğru operasyon metodu konusunda hasta için en uygun çözümün üretilmesine katkıda bulunmuştur.

Sunumdaki amaç, yerel kaynaklar kullanılarak, hastaya en uygun çözümün üretilmesi ve geliştirilmesi konusunda medikal çalışmalara nümerik hesaplama desteği sağlanmasının önemini vurgulamak, mühendisin multi-disipliner çalışmalar içindeki yadsınamaz yerlerini vurgulamak ve teşvik etmektir.

23

Şekil 1: Medikal görüntü datasının işlenmesi.

24

NIPA- GO Composites: Gelation and

Elasticity with Various GO Contents

Batuhan Ünver (a)

, Özgül Öztürk (b)

, and Gülşen Akın Evingür (a)

(a) Pîrî Reis University (b)

University of Siegen

Abstract: Poly (N-isopropyl acrylamide) (NIPA) – graphene oxide (GO) composites were prepared via free radical crosslinking copolymerization [1] with various GO contents in the range between 0-40 μl. Firstly, the universality on the gelation of the composite was studied. Gelation process of NIPA-GO composites was characterized by Steady State Fluorescence Spectroscopy [2]. Also, elasticity of the composite is performed by compressive test [3]. Results show that

the exponent of gel fraction,, agreed with the percolation result for below 30 µl of GO content. However, classical result was observed above 30 µl of GO content. On the other hand, the elastic modulus of the NIPA-GO composites decreases with increasing GO before swelling, but it is seen that after swelling the modulus starts to increase at 20 µl GO content. The behavior of the modulus was explained by the theory of rubber elasticity.

References: [1] Monitoring of Dynamical processes in PAAm- MWNTs Composites by Fluorescence Method, G. Akın Evingür and Ö. Pekcan, Advanced Composite Materials, 21(2), 193- 208, 2012.

[2] The gelation of N-isopropylacrylamide-Graphene Oxide Copolymers via Fluorescence Technique, Batuhan Ünver, Gülşen Akın Evingür, 4th European Symposium of Photopolymer Science, 11-14 September 2016, Leipzig-Germany.

[3] The swelling effect on the elasticity of NIPA-GO composites, Özgül Öztürk, Gülşen Akın Evingür, 46th IUPAC World Polymer Congress (Macro 2016) 17-21 July 2016, İstanbul-Turkey.

25

İçme Sularının Toplam Alfa-Beta

Radyoaktivite Ölçümüne İlişkin

Deneysel Çalışma

Zuhal Er ve Kutay Yegul

İstanbul Teknik Üniversitesi

Özet: Bu çalışmanın ile bilindiği gibi yaşamımızın en öneli kaynaklarından birisi olan içme suları için toplam alfa ve beta rayoaktivite seviyelerinin tespitine yönelik deneysel çalışmalar yapılmıştır ve elde edilen sonuçlar irdelenmiştir. İçme suları vücudumuz açısından zararlı organizma ve elementleri içermememsi gerekmektedir. Öte yandan İçme suları işlemlerden geçirilmiş doğal kaynaklardan elde edilen yaşam unsurlarıdır. İçme suları doğal kaynağında takip ettiği yolu içerisindeki bulunan niceliklerden bulaşıklık kazanmakta ve böylelikle kayaç-toprak gibi yapılarda bulunan radyonüklidlerden bünyesi etkilenebilmektedir. Doğal olarak düşük seviyeli olarak nitelendirilen radyoaktivite de barındırabilmektedir. Bu açıdan Dünya Sağlık Örgütü(WHO)’nün ve çeşitli sağlık ya da diğer otoritelerinin konu üzerinde geliştirdikleri ISO, DIN, TSE gibi standarlar bulunmaktadır. İçme sularındaki radyoaktivite seviyesinin düşük ya da yüksek olduğunun ilk tespiti toplam alfa beta sayımları ile ön incelemeleri gerçekleştirilmektedir. Bu bağlamda bu çalışmada, piyasada satılan şişe sularının ve bir adet bölgeye ait çeşme suyunun toplam alfa beta sayımları alınmıştır. Tespit edilen sonuçların değerlendirilmeleri mevcut standartlara göre yapılmıştır.

Referanslar: [1] M. Montañaa, J. Fonsb, J.A. Corbachoc, A. Camachoa, D. Zapata-Garcíab, J. Guillénc, I. Serranoa, J. Tentb, A. Baezac, M. Llauradób, I. Vallésa, A comparative experimental study of gross alpha methods in natural waters. Enviromental Radioactivity, Journal of Environmental Radioactivity, Volume 118, Pages 1–8, April (2013).

[2] N. Dogan, Kayseri Bölgesi Su Kaynaklarinin Radyoaktivite İçeriğinin İncelenmesi, DSİ Teknik Bülteni, Sayı: 118, sayfa 16-22, Ocak (2015).

26

[3] In W. Greiner & D. N. Poenaru, Radioactivity, Encyclopedia of Condensed Matter Physics pp. 106-116 (2005).

[4] Suriyanarayanan S, Anil K M, Divya L, Jessen George, Magesh S.B and Rashmi RDetermination of Gross Alpha Activity and Physico-Chemical Parameters of Borewell Samples of Mysore District-India, , International Research Journal of Environment Sciences, Vol. 4(4), 6-11, April (2015).

[5] H. Herek, İçme Sularının Toplam Alfa-Beta Radyoaktivite Ölçümü, Istanbul Teknik Üniversitesi- Fizik Mühendisliği Bölümü, Bitirme Ödevi Projesi-Zuhal Er, (2013).

[6] K. Yegul, Analysis and Measurements of Low level Radioactivity in Branded Drinking Waters, Istanbul Teknik Üniversitesi- Fizik Mühendisliği Bölümü, Bitirme Ödevi Projesi-Zuhal Er, (2015).

27

Metalik Camsı Yapı Oluşumu ve

Kristalizasyonu: Ni80Rh20 Alaşımı MD

Simülasyonu

Ülkü Bayhan

Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi

Özet: Bu çalışmada Moleküler Dinamik (MD) Simülasyonu kullanılarak soğutma reaksiyonu kristal yapı ve camsı metalik yapı ve kristalleşme süreci incelendi. Metalik camlar ilk kez erime sıcaklığından hızlı soğutma yoluyla 1960’ta Duwez tarafından gözlemlendi [1]. Günümüze kadar bulk yapıdaki metal camlarının ilginç özellikleri hem temel bilimler hem de endüstriyel uygulamalarda güncelliğini korumaktadır [1-2]. Tek metale göre katalitik özelliğinin yüksek olduğu bilinen konsantrasyondaki Ni80Rh20 alaşımının camsı metal yapı ve kristal yapıya geçiş sürecinde sistemi tanımlamak için yeniden parametrize edilmiş olan quantum Sutton Chen (q-SC) potansiyeli [3-4] kullanıldı. 864 atomdan oluşturulan sistem 0.1K-2000K aralığında genelleştirilmiş Hamilton formalizmi kullanılarak ısıtıldı [5-10]. Sistem 50000 zaman adımı sonra izotermal-izobarik (NPT) ve kanonik (TVN) MD dinamik ile 2000K’de dengeye getirilir. Sonraki adımda 100K aralıklar ile soğutma işlemine başlanır. Simülasyon zamanı 0.002 ps ve hacim, enerji ve yapı sabitleri TPN MD aşamasında belirlendi. Soğutma hızları ϒ= 2.5 K/ps ve ϒ= 6.66 K/ps için yoğunluk, hacim, entalpi ve çift dağılım fonksiyonları incelenerek atomistik olarak çalışıldı. Ni80Rh20 hızlı soğutulduğunda (ϒ= 6.66 K/ps) metal camı oluşurken düşük soğutma hızında (ϒ= 2.5 K/ps) soğutulduğunda kristalleşmektedir. Camsı yapıda ve kristalleşme oluşumu geçiş sıcaklıkları da Wendt-Abraham paramelerinden [11] elde edilmiştir. Ni80Rh20 alaşımının erime noktası (Tm) ve soğutma sırasında geçiş sıcaklıkları (Tg) belirlendi. q-SC Potansiyel enerji fonksiyonunun camsı metal yapı ve kristal yapıya geçiş sürecini atomistik seviyede tahmin ettiği görülmüştür. Elde edilen veriler mevcut veriler ile uyum içindedir.

28

Referanslar: [1] W. Klement, R. H. Willens, P. Duwez, Nature, 187, 869 (1960). [2] W. K. Jozwiak, M. Nowositelska, J. Rynkowski, Appl. Catalys. A

280, 254 (2005). [3] A. P. Sutton and J. Chen, Phil. Mag. Lett. 61, 139 (1990). [4] T. Çağın, Y. Qi, H. Li, Y. Kimura, H. Ikeda, W. L. Jonhson, and

W. A. Goddard III, MRS Symp. Ser., 554 43 (1999). [5] H. C. Andersen, J. Chem. Phys., 72, (1980), 2384. [6] M. Parrinello and A. Rahman, Phys. Rev. Lett., 45, 1196 (1980). [7] S. Nos´e, J. Chem. Phys., 81, 511 (1984). [8] W. G. Hoover, Phys. Rev. A, 31, 1695 (1985). [9] T. Çağın, B. M. Pettitt, Mol. Phys., 72, (1991), 169; T. Çağın and

B. M. Pettitt, Mol. Sim., 6, 5 (1991). [10] S. Özdemir Kart, M. Tomak, M. Uludoğan, T. Çağın, J. Non-

Cryst. Solids, 337, 101 (2004), [11] H. R. Wendt, F. F. Abraham, Phys. Rev. Lett., 41, 1244 (1978).

29

Süperhidrofobik Polistiren-SiO2

Kompozit Yüzeylerin Islanabilirlik ve

Optik Özellikleri

Elbruz Murat Baba (a)

, Elif Özen Cansoy (b)

, Esra Özkan Zayim (b)

(a) İstanbul Teknik Üniversitesi

(b)

Pîrî Reis Üniversitesi

Özet: Katı yüzeylerin ıslanabilirlikleri üzerlerinde oluşturulan sıvı

damlasının temas açısı ölçümleriyle tayin edilir. Yüzeyin kimyasal

heterojenliği ve pürüzlülüğü ıslanabilirliğe etki eden temel

faktörlerdir. Su damlası ile 150°’den büyük temas açısı veren

yüzeyler “süperhidrofobik” olarak adlandırılırlar.

Bu çalışmada, farklı oranlarda SiO2 nano parçaçık içeren polistiren (PS) kompozit kaplamalar, dönel (spin) kaplama yöntemiyle hazırlanmış ve yüzeylerin ıslanabilirlik ve optik özellikleri incelenmiştir. Kaplamaların SiO2 içeriklerine bağlı olarak, yüzeylerin ıslanabilirlikleri değişmektedir: SiO2 miktarındaki artış su damlası temas açısı değerlerini arttırmakta ve yaklaşık %50 oranda SiO2 içeren yüzeylerde su temas açısı değeri 168°’ den büyük değer almakta ve yüzeyler süperhidrofobik özellik göstermektedir. Bu tip kompozit yüzeyler, endüstriyel alanlarda birçok önemli uygulamada kullanılabilmektedir.

Yüzeylerin ıslanabilirlik özellikleri ile birlikte optik özelliklerinin de geliştirilmesi önemlidir. PS-SiO2 süperhidrofobik kompozit yüzeylerin ortalama geçirgenlikleri görünür bölgede %40 ile %90 oranında değişmektedir. SiO2 oranındaki artış, yüzey pürüzlülüğünü de arttırdığından, kaplamaların geçirgenlik oranlarında azalmaya neden olmaktadır. Temas açısı değerinin daha fazla artmadığı ve geçirgenlik değerlerinin azalmadığı optimum SiO2 miktarını belirlemek bu bakımdan önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, %80 SiO2 içeriğinden sonra, su damlası temas açısı ve geçirgenlik değerlerinin azalmaya başladığı bulunmuştur ve buna bağlı olarak da %80 SiO2 miktarının, PS-SiO2 kaplamaları için doygunluk noktası olduğu tespit edilmiştir. Süperhidrofobik özellik gösteren ve geçirgenlik oranı da yüksek

30

olan PS-SiO2 kaplamalar hazırlamak için, SiO2 içeriğinin %80 oranın altında olması uygundur.

Referanslar: [1] T. Young, Phil. Trans. R. Soc. Lond. 95, 65 (1805). [2] E.M. Baba, C.E. Cansoy, E.O. Zayim, Appl. Surf. Sci. 350 115 (2015). [3] E.M. Baba, C.E. Cansoy, E.O. Zayim, Progress in Org. Coat. 99, 378 (2016).

31

Deformation Equilibrium for Swollen Gels

Ozan S. Sarıyer (a)

, Sergey Panyukov (b)

, Michael Rubinstein (c)

(a) Pîrî Reis University

(b) P. N. Lebedev Physics Institute

(c) University of North Carolina at Chapel Hill

Abstract: We propose a scaling theory describing general deformations and stress-strain behavior of gels swollen in excess athermal, good, and Θ-solvents. Depending on the deformation regime, the statistics of network chains is controlled either by polymer concentration or by externally applied strain. We find that Poisson’s ratio for gels swollen in athermal solvent is 1/4, while it is 1/3 for gels swollen in Θ-solvent. We also develop a renormalization-group description of the crossovers between different solvent and deformation regimes. Our results agree well with experimental data, and explain the deviation of them from the mean-field results.

Reference: O. S. Sarıyer, S. Panyukov, and M. Rubinstein, “Deformation of Swollen Gels”, to be published (2017).

32

NOTLAR

33

NOTLAR