بهینه‌سازی هندسی یک سیم‌پیچ پیچیده‌شکل سه‌بعدی برای گرمایش القایی
Geometry optimization of a 3D complex-shaped coil for induction heating
این مدل بهینه‌سازی هندسی یک سیم‌پیچ پیچیده شبیه به برنامه های کاربردی گرمایش القایی را نمایان می‌سازد. هندسه کاملاً در کامسول مالتی‌فیزیک ساخته و پارامتربندی (استفاده از قطعات هندسی؛ ساخت هندسی به ماژول طراحی نیاز دارد) شده است. هدف بهینه‌سازی، کنترل شار مغناطیسی بوده و این با عملکرد داخلی بهینه‌سازی کامسول استاندارد ساخته شده است. با توجه به یک جریان مقرر، یک حوزۀ استوانه‌ای “منطقه هدف” را مشخص می‌کند که در آن قسمت باید تا حد ممکن یکنواخت باشد. دو حوزۀ استوانه‌ای دیگر “منطقه حذف” را مشخص می‌کنند که در آن میدان باید به حداقل برسد. برای تحقق این الزامات به یک سیم‌پیچ پیچیده‌شکل نیاز است.
برای بهبود عملکرد بهینه‌سازی سه‌بعدی، فرمول ویژه‌ای برای توصیف میدان‌های مغناطیسی تنظیم شده است: رابط میدان‌های مغناطیسی با میدان‌های مغناطیسی همراه است، بدون جریان که در آن از ناپیوستگی پتانسیل نرده‌ای مغناطیسی برای پیاده‌سازی معادل سیم‌پیچ رسانای منفرد بدون نیاز به ویژگی خود سیم‌پیچ (و آنالیز هندسه سیم‌پیچ مرتبط) استفاده می‌شود. این فرمولاسیون دقیقاً و کاملاً با جریان‌های گردابی سه‌بعدی سازگار است.
برای نشان‌دادن یک گردش کار واقع‌بینانه، ابتدا بهینه‌سازی سیم‌پیچ با یک بخش دوبعدی محوری(مدل [۰۱]) انجام می‌شود؛ جایی که نوبت اول و آخر (نیمه باز در هندسه سه‌بعدی) توسط یک پارامتر تقلید می‌شود. بررسی خروجی دوبعدی محوری به عنوان حدس اولیه برای بهینه‌سازی سه‌بعدی، که در مدل [۰۲] انجام می‌شود، استفاده می‌شود. همچنین، یک متغیر کنترل به حداکثر مقدار مجاز آن ثابت شده است. Nelder-Mead برای بهینه‌سازی سه‌بعدی استفاده می‌شود، در حالی که در مدل دوبعدی محوری، از SNOPT و Moving Mesh مبتنی بر شیب استفاده می‌کنیم. نتایج حاصل از هندسه مطلوب سرانجام در مدل [۰۳] با استفاده از رابط استاندارد مگنتی + میدان رابط سیم‌کشی منفرد مجزا تأیید می‌شود.
ورودی شامل نحوۀ ارائه و سه مدل‌بندی است:
۱٫ بهینه‌سازی اولیه دوبعدی
۲٫ بهینه‌سازی سه‌بعدی:
• سیم‌پیچ استاندارد با چرخش‌های یکسان
• معادل سه‌بعدی سیم‌پیچ دوبعدی محوری بهینه‌سازی شده
• بهینه‌سازی کامل سه‌بعدی
۳٫ اعتبارسنجی نتایج در مقابل دو اجرای دیگر:
• میدان‌های مغناطیسی+سیم‌پیچ تک‌سیم
• فرمول میدان‌های مغناطیسی + میدان‌های مغناطیسی بدون جریان (با ناپیوستگی پتانسیل نرده‌ای مغناطیسی)
بهینه‌سازی هندسی یک سیم‌پیچ پیچیده‌شکل سه‌بعدی برای گرمایش القایی (فایل)