Süperiletken maglev araçların statik kuvvet parametrelerinin deneysel ve nümerik olarak çok yüzeyli (multisurface) HTS-PMG  etkileşimi kullanılarak iyileştirilmesi
Experimental and numerical improvement of static force parameters for superconducting maglev vehicles by using multisurface HTS-PMG interactions
Yazar: ZEKERİYA KARAAHMET
Danışman: PROF. DR. UFUK KEMAL ÖZTÜRK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji Kaynakları/Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kaldırma kuvveti = Lift force ; Manyetik kuvvet = Magnetic force ; Raylı taşıtlar = Railway vehicles ; Sayısal modelleme = Numerical modelling ; Süper iletkenler = Superconductors

Özet:
Süperiletken maglev sistemlerinin geleneksel tarzda olanlara nazaran daha düşük olan teknolojik uygulanabilirliğinin arttırılabilmesi için, sistemin manyetik kaldırma ve kılavuzlama yeteneklerinin maliyetler de göz önünde bulundurularak iyileştirilmesi gerekmektedir. Bundan dolayı bu tez çalışmasında, süperiletken maglev sistemlerinin statik kuvvet parametrelerinin iyileştirilmesine yönelik, literatürden farklı olarak, çok yüzeyli HTS-PMG etkileşimini temel alan bir dizi deneysel ve nümerik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, çok yüzeyli etkileşime imkân veren kriyostat kapları ve PMG'ler tasarlanmıştır. Sonrasında, kriyostat kaplarının tasarımının iyileştirilmesi ve olası HTS-PMG etkileşiminin öngörülebilmesi için, PMG'lerin manyetik akının dağılımı COMSOL Multiphysics 3.5a yardımıyla nümerik olarak modellenmiştir. Bundan sonra, üç çekirdekli YBCO HTS külçeler ve NdFeB kalıcı mıknatıslar satın alınmış, Kriyostat kapları ve PMG kalıpları imal ettirilerek deneysel çalışmalara hazır hale gelinmiştir. Deneysel çalışmalardaysa, belirli soğutma yükseklikleri için manyetik kaldırma ve kılavuzlama kuvvetleri,  kuvvet sabiti ve manyetik kaldırma kuvveti gevşeme ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Son olarak, tüm kriyostatlar için maksimum kuvvetler üzerinden manyetik kuvvet maliyet-verim performansı analizi gerçekleştirilmiştir. Genel olarak çok yüzeyli HTS-PMG etkileşimi kullanan konfigürasyonların tek yüzeyli etkileşime göre sistemin manyetik kaldırma ve kılavuzlama davranışları ile ilgili kuvvet parametreleri üzerine olumlu etkisi olduğu anlaşılmıştır. Maliyet açısından ise çok yüzeyli HTS-PMG etkileşimine imkân sağlayan konfigürasyonların birim PMG başına maliyeti arttırmalarına karşın binlerce kilometrelik manyetik ray yapıları söz konusu olduğunda maliyet avantajı sağladığı görülmüştür.

Abstract:
In order to improve superconducting maglev systems technological feasibility capacity that relativly low than traditional ones systems magnetic levitation and guidance abilities must be enhanced considering possible costs. Therefore in this thesis work, different from the literature, a series of experimental and numerical studies based on the multi-surface HTS-PMG interaction have been carried out to improve static force parameters of superconducting maglev systems. First of all criyostat vessels and PMG templates that enables multi-surface interactions were designed. Afterwards, numerical modelisation of magnetic flux distribution of PMGs carried out by using COMSOL Multiphysics 3.5a to improve cryostat vessels design and predict possible HTS-PMG interactions. After this stage, three seeded YBCO HTS bulks and NdFeB PMs were purchased, cryostat vessels and PMG templates were manufactured and ready for experimental studies. As experimental studies, magnetic levitation and guidance force, stiffness coefficient and magnetic levitation relaxation measurement for certain cooling heights were conducted. Finally, cost-efficiency performance analysis over related maximum force values for all cryostat combinations were performed. As a result, it has been understood that configurations using multi-surface HTS-PMG interaction generally have a positive effect on magnetic levitation and guidance behaviour and their related force parameters compared to configurations using single-surface interaction. In terms of cost, it has been seen that although configurations using multisurface HTS-PMG interaction cause an increment in cost per unit PMG, they provide a cost advantage when it comes to magnetic rail structures of thousand kilometers.