Enerji depolamada kullanılan süperiletken manyetik yatakların sonlu elemanlar yöntemi ile elektromanyetik analizi
Used i̇n energy storage superconducting magnetic bearing analysis of finite elements method
Yazar: NURETTİN ÖMÜR
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA OKUTAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
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 içersindeki 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.
Anahtar Kelimeler: Süperiletken, kalıcı mıknatıs, levitasyon kuvveti, kritik akım yoğunluğu, sonlu elemanlar metodu

Abstract:
In this study, the levitation force between superconducting permanent magnet is examined for various physical situations using method of finite elements. Physical situations that are examined: (i) zoom in and zoom out of superconductor to persistent magnet. (ii) rotating of superconductor with constant speed at a distance on magnet. (iii) scrolling of superconductor at a distance on magnet. Calculations are made for different thickness of superconductor and effects of thickness to force is examined. In calculations, critical currentdensinty that is wrapped around in superconductor is used for function of field. However, in calculation of finite elements, current distribution distrubutes in the form of tanh function is assumed. Calculations are made together with AC/DC module that is finite elements sofware and 3.5a that is Comsol MP software. Also, the code has been written in Matlab for calculations. At the end of the calculations, levitation curve that is consistent with experimental data, analitic method and other numerical methods in terms of both shape and scale, is obtained. With the thickness of the superconductor levitation force of the logarithmic changes are detected. In the case where superconductor is rotated around a certain axis, the horizontal component of lateral force of leviatation force changes as sinusoidal,  the vertical component is observed as changing as almost parabolic. In the case of scrolling of superconductor at a distance on magnet, the vertical component of the force that act to superconductor is observed to reduce as monotonous with the scroll of, and it is observed to increase after a certain level. In this thesis, with the levitation force, the current distribution in superconductor and the magnetic field distribution of it's surroundings are presented in a detailed format. The studies in this thesis are important in terms of to present physical principles that enables to operate more stable flywhell that is going to be used in energy storage systems. Also, these studies are easier and alternative methods for the calculation of levitation force between superconducting magnet.
Key words: Superconducting, permanent magnet, levitation force, critical currentdensinty, finite elements method