[发明专利]用于MCZ单晶炉的非对称勾形磁场的三维优化设计方法

权利要求书

1.一种用于MCZ单晶炉的非对称勾形磁场的三维优化设计方法，其特征在于，包括磁场结构参数优化设计和线圈规格参数优化设计，

磁场结构参数优化设计具体按照以下步骤实施：

步骤1：利用ansys数值分析软件建立磁场三维立体模型(1)；

步骤2：改变步骤1得到的磁场三维立体模型(1)参数，分析磁场磁感应强度随上部线圈和下部线圈之间的间距、线圈横向匝数及屏蔽体厚度变化的关系，根据设定的磁场磁感应强度确定上部线圈和下部线圈之间的间距、线圈横向匝数及屏蔽体厚度；同时在磁场功率一定的条件下，以磁感应强度在固液交接面处径向分量Br≥Brmin、轴向分量Bz≤Bzmax的公共区域最宽为优化目标，确定磁场上部线圈的纵向层数和下部线圈的纵向层数；

线圈规格参数优化设计具体按照以下步骤实施：

步骤1：

确立线圈发热w1与线圈截面积s的数学关系表达式：

w1=I2lsρ0(1+at),]]>

式中，I为通电电流，l为线圈的总长度，s为线圈截面积，ρ₀为0℃时的电阻率，a为电阻率温度系数，t为铜壁的实际温度；

确立线圈铜壁传热w2与特征尺寸de、流体的平均流速V、铜管壁与冷却水的温度差Δt的数学关系表达式：

w2=0.023λAde(Vdev)0.8Pr0.4Δt,]]>

式中，λ为水的热导率，de为特征尺寸，A为铜壁总的传热面积，V为流体的平均流速，v为流体的运动粘度，Pr为普朗特数，Δt为铜管壁与冷却水的温度差；

确立冷却水吸收的热量w3与冷却水路支路数n、冷却水流量q_m、水的比热容c、出口水的水温t2、进口水的水温t1之间的数学关系表达式：

w3＝q_mc(t2-t1)·n，

式中，q_m为冷却水流量，c为水的比热容，t2为出口水温，t1为进口水温，n为冷却水路支路数；

步骤2：由w1＝w2＝w3建立系统的优化模型，

目标函数为：min(w1)=I2lsρ0(1+at),]]>

约束条件为：Δt+t2＜40，

hf＜20，

其中Δt+t2为铜管壁温度，hf为线圈沿程损失，用ansys软件对磁场线圈规格参数进行优化，得到线圈截面积s、特征尺寸de、流体的平均流速V、铜管壁与冷却水的温度差Δt、冷却水路支路数n、冷却水流量q_m、水的比热容c、出口水温t2、进口水温t1。