Enerji depolamada kullanılan süperiletken manyetik yatakların sonlu elemanlar yöntemi ile elektromanyetik analizi

Abstract

Bu çalışmada sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak çeşitli fiziksel durumlar için süperiletken kalıcı mıknatıs arasındaki levitasyon kuvveti incelenmiştir. İncelenen fiziksel durumlar: (i) süperiletkenin kalıcı mıknatısa yaklaştırılıp uzaklaştırılması, (ii) süperiletkenin belli bir mesafede mıknatısın üzerinde sabit hızla döndürülmesi, (iii) süperiletkenin belli bir mesafede mıknatısın üzerinde kaydırılması. Hesaplamalar farklı süperiletken kalınlıları için yapılmış ve kalınlığın kuvvete etkisi incelenmiştir. Hesaplamalarda süperiletkende dolanan kritik akım yoğunluğu, alanın fonksiyonu olarak kullanılmıştır. Sonlu elemanlar hesabında bununla birlikte akım dağılımının tanh fonksiyonu şeklinde dağıldığı kabul edildi. Hesaplamalar sonlu elemanlar yazılımı olan AC/DC modülü ile birlikte Comsol MP yazılımı olan 3.5a da gerçekleştirildi. Ayrıca hesaplamalar için Matlab da kod yazıldı. Hesaplamaların sonunda deneysel veriyle, analitik yöntemle, başka sayısal yöntemlerle hem biçim bakımından hem de skala bakımından uyumlu levitasyon eğrisi elde edildi. Süperiletkenin kalınlığı ile levitasyon kuvvetinin logaritmik olarak değiştiği tespit edildi. Süperiletkenin belli bir eksen etrafında döndürüldüğü durumda ise yanal kuvvetin levitasyon kuvvetinin yatay bileşeninin sinüzoidal olarak değiştiği, dikey bileşenimi ise hemen hemen parabolik olarak değiştiği gözlemlendi. Süperiletkenin belli bir mesafede mıknatısın üzerinde kaydırılması durumunda ise süperiletkene etki eden kuvvetin dikey bileşeninin kaydırma ile tek düze olarak azaldığı, belli bir düzeyden sonra arttığı gözlemlendi. Bu tez çalışmasında levitasyon kuvvetiyle süperiletken içerisindeki akım dağılımı ve etrafındaki manyetik alan dağılımı detaylı bir biçimde sunuldu. Bu tezdeki çalışmalar enerji depolama sistemlerinde kullanılacak “flywhell” yapısının daha kararlı çalışmasını sağlayacak fiziksel prensipleri ortaya koyması açısından önemlidir. Ayrıca süperiletken mıknatıs arasındaki levitasyon kuvvetinin hesaplanması için daha kolay ve alternatif bir yöntemdir.