بهینه سازی نیروی لورنتز در پمپ الکترومغناطیسی به روش پاسخ سطح با کمک حل عددی معادلات ماکسول در سه بعد و مقایسه آن با نتایج تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس

2 هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

جابه جایی مذاب فلزات از دیرباز چالشی اساسی در صنعت بوده است. مشکلاتی نظیر خطرهای انسانی، تماس مذاب با هوا، تلاطم زیاد و عمر پایین تجهیزات در این صنعت وجود دارد. استفاده از پمپ الکترمغناطیسی جهت جابه جایی مذاب فلزات، بسیاری از مشکلات ظروف جابه جایی مذاب و نیز پمپ های مکانیکی را حل کرده است. در این مقاله با بررسی اثر پارامترهای اصلی در طراحی پمپ الکترومغناطیسی جریان مستقیم با سطح مقطع مستطیل شامل اندازه میدان مغناطیسی، میزان جریان الکتریکی اعمالی به سیال، ارتفاع کانال و عرض کانال به روش طراحی آزمایش پاسخ سطح، خروجی پمپ شامل سرعت سیال عبوری و نیروی لورنتز در بیشترین حالت قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد اندازه جریان الکتریکی اعمالی به سیال آب و نمک کلرید پتاسیم بیشترین تأثیر را بر پاسخ‌های مسئله دارد. همچنین مشخص شد که تغییر عرض کانال تأثیر چندانی بر پاسخ‌ها ندارد. این در حالی است که کاهش ارتفاع کانال اثر مثبت بر پاسخ سطح دارد. با ایجاد میدان مغناطیسی 0.3 تسلا و جریان 12 آمپر بر روی کانالی با ابعاد 10 × 30 میلیمتر سیال با سرعت m⁄s 0.27 تحت اثر نیروی حجمی N⁄m^3 5000جابه جا می‌شود. استفاده از طراحی آزمایش برای بهینه‌سازی پارامترهای طراحی پمپ الکترومغناطیسی منجر به بهینه‌سازی خروجی پمپ‌ شده است. همچنین نتایج آزمون‌های تجربی صحت شبیه‌سازی‌ها، شامل حداکثر ارتفاع پمپاژ، دبی پمپ و سرعت سیال را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of the Lorentz force in an electromagnetic pump by the surface response method with numerical solution of Maxwell equations in three dimensions and comparison with experimental results

نویسندگان [English]

  • vahid rezaee 1
  • mohammad hossein sadeghi 1
  • seyed peyman hashemi 1
1 tarbiat modares university
2
چکیده [English]

Transporting molten metals is one of challenges in industries. Dangers for human, oxidation, torbulance and reduction of equipment life are problems of the transportation. Electromagnetic pumps have solved problems of using molten containers and also mechanical pumps. In this paper, by examining the effect of main parameters in the design of a direct current electromagnetic pump with a rectangular cross section (magnetic field size, electric current applied to the fluid, channel height and width) by the surface response method, the pump output including flow velocity and The Lorentz force is optimized. The results show that the amount of electric current applied to the fluid has the greatest effect on the response surfaces. It is also found that changing the channel width had little effect on responses. However, reducing the channel height has a positive effect on the response levels. By creating a magnetic field of 0.3 Tesla and a current of 12 amps on a channel with dimensions of 30 X 10 mm, the fluid with a velocity of 0.27 m⁄s is displaced by a volumetric force of 5000N⁄m^3. The method used in this paper optimized the output parameter of the pump. Experimental tests verify the results of simulations, including the maximum pumping height, pump flow and fluid velocity in the pump.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electromagnetic pump
  • Lorentz force
  • numerical solution
  • surface response method