بهينه سازي نيروي لورنتز در پمپ الكترومغناطيسي به روش پاسخ سطح با كمك حل عددي معادلات ماكسول در سه بعد و مقايسه آن با نتايج تجربي

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

جابه جايي مذاب فلزات از ديرباز چالشي اساسي در صنعت بوده است. مشكلاتي نظير خطرهاي انساني، تماس مذاب با هوا، تلاطم زياد و عمر پايين تجهيزات در اين صنعت وجود دارد. استفاده از پمپ الكترمغناطيسي جهت جابه جايي مذاب فلزات، بسياري از مشكلات ظروف جابه جايي مذاب و نيز پمپ هاي مكانيكي را حل كرده است. در اين مقاله با بررسي اثر پارامترهاي اصلي در طراحي پمپ الكترومغناطيسي جريان مستقيم با سطح مقطع مستطيل شامل اندازه ميدان مغناطيسي، ميزان جريان الكتريكي اعمالي به سيال، ارتفاع كانال و عرض كانال به روش طراحي آزمايش پاسخ سطح، خروجي پمپ شامل سرعت سيال عبوري و نيروي لورنتز در بيشترين حالت قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد اندازه جريان الكتريكي اعمالي به سيال آب و نمك كلريد پتاسيم بيشترين تأثير را بر پاسخ‌هاي مسئله دارد. همچنين مشخص شد كه تغيير عرض كانال تأثير چنداني بر پاسخ‌ها ندارد. اين در حالي است كه كاهش ارتفاع كانال اثر مثبت بر پاسخ سطح دارد. با ايجاد ميدان مغناطيسي 0.3 تسلا و جريان 12 آمپر بر روي كانالي با ابعاد 10 × 30 ميليمتر سيال با سرعت m⁄s 0.27 تحت اثر نيروي حجمي N⁄m^3 5000جابه جا مي‌شود. استفاده از طراحي آزمايش براي بهينه‌سازي پارامترهاي طراحي پمپ الكترومغناطيسي منجر به بهينه‌سازي خروجي پمپ‌ شده است. همچنين نتايج آزمون‌هاي تجربي صحت شبيه‌سازي‌ها، شامل حداكثر ارتفاع پمپاژ، دبي پمپ و سرعت سيال را نشان مي‌دهد.

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.