电磁场数值计算

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电磁场数值计算

电磁场数值计算

电磁场数值计算引言:电磁场是电荷和电流产生的物理现象,它在现代科技和工程中起着至关重要的作用。

对电磁场的数值计算是研究和应用电磁学的基础。

本文将介绍电磁场数值计算的原理和方法,并探讨其在实际问题中的应用。

一、电磁场的数值计算方法:电磁场的数值计算可以通过求解麦克斯韦方程组来实现,这是描述电磁场的基本方程。

麦克斯韦方程组包括四个方程,分别是电场的高斯定律、磁场的高斯定律、法拉第电磁感应定律和安培环路定律。

通过数值方法求解这些方程,可以得到电磁场在空间中的分布情况。

1. 有限差分法:有限差分法是一种常用的数值计算方法,通过将空间离散化为有限个点,时间离散化为有限个步骤,将偏微分方程转化为差分方程进行求解。

在电磁场计算中,可以将空间划分为网格,通过有限差分法计算电场和磁场在网格节点上的数值。

2. 有限元法:有限元法是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法,它通过将计算域划分为许多小的有限元,将偏微分方程转化为代数方程组进行求解。

在电磁场计算中,可以将计算域划分为三角形或四边形网格,通过有限元法计算电场和磁场在每个有限元上的数值。

3. 边界元法:边界元法是一种适用于边界值问题的数值计算方法,它将偏微分方程转化为积分方程进行求解。

在电磁场计算中,可以通过边界元法计算电场和磁场在边界上的数值,然后利用边界条件求解整个计算域内的电磁场分布。

二、电磁场数值计算的应用:电磁场数值计算在科学研究和工程应用中具有广泛的应用价值,以下是一些常见的应用领域:1. 电磁场仿真:电磁场数值计算可以用于电磁场仿真,模拟和预测电磁场在不同结构和材料中的分布情况。

例如,可以通过数值计算预测电磁波在天线中的传播情况,从而优化天线设计和布局。

2. 电磁场辐射:电磁场数值计算可以用于估计电磁场辐射对人体和环境的影响。

例如,可以通过数值计算评估电磁辐射对人体健康的潜在风险,从而制定相应的防护措施。

3. 电磁场感应:电磁场数值计算可以用于分析电磁感应现象,研究电磁场对电路和设备的影响。

电磁场数值计算在电力系统中的应用研究

电磁场数值计算在电力系统中的应用研究

电磁场数值计算在电力系统中的应用研究电磁场数值计算,是一种通过数学模型和计算机模拟计算电磁场分布的方法。

电磁场在电力系统中的应用非常广泛,包括电力输配电网、变压器、电机、发电机、高压绝缘体等。

在这些设备中,电磁场会引起很多问题,如电磁干扰、电机功率损耗、高压绝缘破坏等。

因此,电磁场数值计算在电力系统中的应用研究具有重要的现实意义。

一、电力输配电网中的电磁场数值计算电力输配电网中,电磁场的分布对电力设备的运行和电磁干扰等都有着巨大的影响。

在这方面,采用电磁场数值计算方法能够高效的模拟电力系统中的电磁场分布。

通过数值计算方法,我们可以得到整个电力系统中电磁场的详细分布,从而对电力系统进行优化设计和运行管理提供科学依据和参考。

二、电机、发电机中的电磁场数值计算在电机和发电机的设计和仿真过程中,电磁场是一个不可忽视的因素。

通过电磁场数值计算方法,可以快速的分析电机和发电机中电磁场的分布特点,优化电机和发电机的设计,提高设备的性能和准确性,并预测设备的高功率工作环境是否能够耐受。

三、高压绝缘体中的电磁场数值计算高压绝缘体中的电磁场是比较复杂的。

使用数值计算方法可以更准确地预测高压绝缘体中电磁场的分布特点,如电晕放电、异物放电、独立开关过电压等,帮助减轻电压超过设备绝缘承受能力的危险,保证电力系统的安全稳定运行。

四、电磁场数值计算在输电线塔的应用电力输电线路是电力系统中一个重要的组成部分。

输电线塔作为输电线的支撑设备,需要承受不同电流电压下的电磁力和机械载荷。

因此,使用电磁场数值计算方法可以很好地预测输电线塔在大风等恶劣天气环境下,支撑电网输电线的能力是否能够满足需求。

通过电磁场数值计算方法,我们也可以找到支撑输电线的最佳设计方案,从而更好地保证电网的安全和稳定运行。

总之,电磁场数值计算在电力系统中的应用研究具有非常重要的现实意义。

它在电力系统设计、运行和维护过程中的应用,可以最大限度地减小电力系统中电磁场对设备的损害,降低电力系统的故障率,保障电力系统的安全、稳定和可靠运行。

电磁场数值计算(平行平面和轴对称)

电磁场数值计算(平行平面和轴对称)

任课教师:王泽忠
2020年1月31日
华北电力大学(北京)-电力工程系-高电压与电磁兼容研究所
2
电磁场数值计算
任课教师:王泽忠
开域截断-人工边界
2020年1月31日
华北电力大学(北京)-电力工程系-高电压与电磁兼容研究所
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电磁场数值计算
任课教师:王泽忠
电位1
远 边 界 电位2 ?
2020年1月31日
华北电力大学(北京)-电力工程系-高电压与电磁兼容研究所
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电磁场数值计算
任课教师:王泽忠






2020年1月31日
华北电力大学(北京)-电力工程系-高电压与电磁兼容研究所
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电磁场数值计算
任课教师:王泽忠






2020年1月31日
华北电力大学(北京)-电力工程系-高电压与电磁兼容研究所
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电磁场数值计算
任课教师:王泽忠
对称性简化
2020年1月31日
华北电力大学(北京)-电力工程系-高电压与电磁兼容研究所
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电磁场数值计算
任课教师:王泽忠






2020年1月31日
华北电力大学(北京)-电力工程系-高电压与电磁兼容研究所
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电磁场数值计算
任课教师:王泽忠






2020年1月31日
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电磁场数值计算
任课教师:王泽忠
rz 平面的轴对称矢量场经过旋度运算可以得到另一个相应的矢量场,
M r, z

工程电磁场数值计算(七)

工程电磁场数值计算(七)

SndS Sm 40 r rn
矩量法算例(五)
• 阻抗矩阵的计算(二)
zmn
Sm
1 dS 'dS
Sn 40 r r '
In (r)dS
Sm 40
zmn
Sm
In (r)dS 4 0
Sm
N i1
wi In (ri )
1
In(r)
Sn
dS rr'
可解析求解
zmn
Sm
1 dS 'dS
s (r ') S 40
1 rr'
dS ' s (r) 2 0
1n E1(r) 2n E2(r)
s (r) 1 2 n s (r ') 1 dS ' 0
20 1 2 S 40 r r '
稳恒电流场问题(六)
s (r) 1 2 n s (r ') 1 dS ' 0
取 q dV '
根据叠加原理,某点电位是所有电荷的贡献和
(r) (r ')dV '
V 40 r r '
静电场问题(三)
• 定义Green 函数
G(r, r ') 1
40 r r '
显然满足
2G(r, r ') (r r ')
可见,给定源分布求解电磁场分布的关键在 于获得Green函数。
O'
S
S
'

P P P P0
l l
l

矩量法的难点(六)
dS ' lim
S R 0
S S
s

电磁学的数值计算方法

电磁学的数值计算方法

电磁学的数值计算方法电磁学是研究电场和磁场相互作用的学科,它在日常生活和科学研究中起着重要的作用。

随着计算机技术的快速发展,数值计算方法在电磁学中的应用也越来越广泛。

本文将介绍几种常用的电磁学数值计算方法,并探讨其原理和应用。

一、有限差分法(Finite Difference Method)有限差分法是一种基于离散化空间和时间的数值计算方法,常用于求解求解具有边值条件的偏微分方程。

在电磁学中,有限差分法可以用来求解电磁场的静电场、静磁场以及时变电磁场等问题。

该方法通过将空间和时间进行网格离散化,将偏微分方程转化为差分方程,并用迭代方法求解得到数值解。

二、有限元法(Finite Element Method)有限元法是一种广泛应用于各种物理问题求解的数值计算方法,电磁学也不例外。

该方法通过将求解区域划分为有限的小元素,并在局部内部逼近真实场量的变化。

在电磁学中,有限元法可以用来求解电场、磁场以及电磁波传播等问题。

通过选择合适的元素类型和插值函数,以及建立元素之间的边界条件,可以得到电磁场的数值解。

三、时域积分法(Time Domain Integral Method)时域积分法是一种基于格林函数的数值计算方法,通过积分形式表示电磁场的边界条件和过渡条件,进而求解电磁场。

时域积分法广泛应用于求解电磁波的辐射和散射问题,如天线辐射和散射、电磁波在介质中的传播等。

该方法通过离散化电磁场的源和观测点,并利用格林函数的性质进行数值积分,得到电磁场的数值解。

四、有限时域差分法(Finite-Difference Time-Domain Method)有限时域差分法是一种基于电磁场的离散化网格和时间的有限差分法,是求解各种电磁问题最常用的数值计算方法之一。

有限时域差分法通过离散化时空域,将麦克斯韦方程组转化为差分方程组,并通过时间步进的方式求解得到电磁场的数值解。

该方法适用于求解各种电磁波传播、辐射和散射等问题。

电磁场数值计算与电磁铁设计

电磁场数值计算与电磁铁设计

电磁场数值计算与电磁铁设计
电磁场数值计算与电磁铁设计是电磁学中的重要问题。

通过数值计算和仿真,可以得到电磁场的分布和性质,进而对电磁铁的设计进行优化和改进。

首先,进行电磁场数值计算需要解决麦克斯韦方程组。

这可以通过有限元法、有限差分法、有限体积法等数值方法来实现。

这些方法可以离散化空间和时间域,将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组,通过求解方程组得到电磁场的数值结果。

在电磁铁设计方面,需要考虑电磁铁的性能要求和使用条件。

通过数值计算得到的电磁场分布可以用来评估电磁铁的性能,例如磁场强度、均匀性和偏斜等。

可以通过调整电磁铁的结构和材料来优化电磁场分布,使其符合设计要求。

在电磁铁设计中,还需要考虑电磁铁的线圈和磁心的结构。

线圈的形状、线圈的匝数和材料都会影响电磁场的分布。

磁心的材料和形状也会影响磁场的分布和强度。

通过数值计算和仿真,可以对这些参数进行优化,找到最佳的设计方案。

总之,电磁场数值计算和电磁铁设计是一项复杂的工作,需要利用数值计算方法和仿真技术来求解。

通过合理的设计和优化,可以得到满足要求的电磁场分布和电磁铁性能。

电磁场数值计算边值问题分解备课讲稿

电磁场数值计算边值问题分解备课讲稿
2、恒定磁场矢量磁位边值问题 恒定磁场的边值问题由矢量磁位的微分方程和边界
条件构成。基本方程为矢量双旋度方程
1
A
J
在库仑规范下,为矢量泊松方程
1 2 A J
2024/10/21
电磁场数值计算
相应的边界条件,第一类边界条件,在整个边界上给 定矢量磁位或其切线分量。(对应的法向分量)
A A0 或 At At0
2 0
相应的边界条件,在已知电压的电极表面上有 第一类边界条件
0
2024/10/21
电磁场数值计算
在已知流出或流入电流分布的电极表面上有第 二类边界条件
n
J n0
在导体与绝缘体分界面上有第二类齐次边界条

0
n
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电磁场数值计算
根据电流分布的对称性,也可构造对称 面上相应的齐次边界条件。
当材料和边界条件沿直角圆柱坐标系中 z 方向不变
时,三维恒定电场简化为二维平行平面场。
2024/10/21
电磁场数值计算
平行平面恒定电流场中,拉普拉斯算子表示为
2 2 2 x2 y2
在平行平面场中,内部衔接条件和外部边界条 件设置在材料的分界线和场域的边界线上。
当材料和边界条件沿圆柱坐标系中旋转坐标 方向不变, 即材料和边界条件围绕圆柱坐标系的 z
电磁场数值计算
电磁场数值计算边值问题分解
电磁场数值计算
2.1 静电场的边值问题
1、电位的基本方程和内部分界面衔接条件 根据静电场环路定理的微分形式
E 0 由矢量恒等式 0 ,可以设
E
静电场的辅助方程为
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电磁场数值计算
D E

电磁场数值计算的算法研究

电磁场数值计算的算法研究

电磁场数值计算的算法研究1.引言电磁场是物理学研究的重要对象,其数值计算是一项重要而复杂的技术。

随着计算机技术的发展,数值计算算法在电磁场数值计算中起着至关重要的作用。

本文将从有限元算法、边界元算法和时域积分方程算法这三个角度来探讨电磁场数值计算的算法研究。

2.有限元算法有限元算法是一种通过将连续的物理量离散成有限个元素来求解偏微分方程的数值解法。

在电磁场数值计算中,有限元算法将电磁场分离成有限个单元,通过求解单元之间的边缘上的麦克斯韦方程组来计算整个电磁场。

有限元算法具有以下特点:(1)计算结果精度高,可适用于求解各种形状的几何体系的电磁场问题;(2)计算需要大量的计算和存储空间,计算效率低下;(3)需要先进行网格划分,对初学者而言算法复杂度较高。

3.边界元算法边界元算法是一种只在物体表面上求解电磁场分布的数值方法。

这种方法将物体表面分割成小的元素,但不需要将它们推广到整个计算域,因为电磁场的值可以直接计算在表面上。

边界元算法具有以下优势:(1)只需要计算物体表面上的电磁场,因此大大优化了计算和存储;(2)不需要先进行网格划分,计算效率较高;(3)可计算并模拟较复杂的电磁场情况,如涉及多个天线、天线阵列等。

4.时域积分方程算法时域积分方程方法是在时域建立电磁场的积分方程,通过求解得到时间域的电磁场分布。

该方法适用于比较大和复杂的电磁场问题,并且可以用于不稳定状态下的电磁场数值计算。

时域积分方程算法具有以下特点:(1)可以适应全频段的波形分布,包括强磁场和爆炸波等;(2)能够模拟和计算在时间域内变化的电磁场问题;(3)计算量大、需要海量存储空间,计算效率低下。

5.总结电磁场数值计算是一项重要而复杂的技术,有限元算法、边界元算法和时域积分方程算法都是电磁场数值计算中常用的算法。

不同的算法有其优势和局限性,因此应根据实际情况选择合适的算法。

由于算法的特点和计算要求不同,涉及到的具体方法和计算实现也有所不同。

电磁场数值计算方法

电磁场数值计算方法
电磁场数值 计算
第四组
数值计算背景
数值计算
数值计算方法是一种研究并解决数学问 题数值近似解的方法, 广泛运用于电气、 军事、经济、生态、医疗、天文、地质等众 多领域。
数值计算方法从求解方程的形式看,主要分 为积分方程法和微分方程法两大类。积分方程法
主要有矩量法和边界元法,微分方程法主要有
有限差分法和有限元法
当正方形网格分的足够多时,网格的边长h可以足够
小,则式(1-6)中的
以上项都可以忽略,
则式子(1-6)可以近似为:
(1-7)
同理你妹~,老子最讨厌同理!
(1-8)
(1-9) (1-10)
将式(1-10)代入式(1-9)得
(1-11)
这是一个二维区域中一点的泊松方程的有 限差分形式,它描述了该节点与周围四个节点 的电位和该点电荷密度的之间的关系。对于无 源区域, =0,则式(1-11)变为
(1-12)
此式子记住了,后 面会用到,很重要
对于给定的区域和电荷分布,当用网格将区域 划分后,对于每一个节点我们可以写出式(1-11) 或式(1-12)那样的差分方程,于是就可以得到一 个方程数与未知电位网点数相等的线性差分方程组。 对于给定的连续边界条件,当用网络将区域划分后, 我们可以给出它在边界节点上的离散值。余下的问 题就是在已知边界节点电位的条件下,用迭代法求 解区域内各节点上的的电位。
用有限差分法求解电位的精度主要取决于两个因素, 一是划分网格数的多少,二是迭代次数的多少。如 果区域划分网格较细,则网络的边长h较小。若将式 (1-4)减去式(1-5),并忽略三次方及以上的项, 可得
(1-13)
小结
差 分 方 程 组 的 求 解 这™什
么玩意?

高频电磁场数值计算及优化研究

高频电磁场数值计算及优化研究

高频电磁场数值计算及优化研究随着社会科技的不断发展,电子设备逐渐普及,高频电磁场的数值计算及优化研究变得越来越重要,因为对于电子产品的仿真设计、噪声分析以及电磁兼容性等方面都需要进行高精度的电磁场数值计算。

本文将结合实际情况,针对高频电磁场数值计算及优化研究提出一些探讨和建议。

一、高频电磁场数值计算原理高频电磁场数值计算原理是利用电磁学基本方程组(麦克斯韦方程组)和其他物理学规律,采用数值计算方法来模拟电磁场的传播和变化过程。

在数值模拟中,通常采用离散化方法将电磁场连续的特征量离散化到有限的许多单元网格上,对每个单元网格的电磁特征量进行计算,然后组装成整体电磁场,最终求解出电磁场的分布和变化规律。

二、处理高频电磁场的数值计算方法在处理高频电磁场的数值计算中,最常用的方法是时域有限差分法(FDTD)和有限元法(FEM),也有一些其他的方法,如时域边界积分法(TDIE),时域谱方法(TSM),矢量势法(VPF)等。

以FDTD为例,该方法的目的是在计算空间中不同位置上的电场和磁场,通过毕尔-萨沃尔方程中的两个向量场进行模拟。

该方法主要包括电场和磁场两个方面,具体地说,通过数值模拟计算电场的移动方向和磁场的旋转,使得电磁场可以正确地进行转移。

在FEM中,主要通过物理隐式或材料隐式的方式求解各介质(材料)的场中积分方程。

通过这种方法,可以把空间岐迹曲线离散为一系列的有限元,然后对每个元素内部进行测试,最后再按照有限元的形式获得较高的电磁力密度,并计算出具体的电场和磁场分布。

三、高频电磁场数值求解方法优化为了提高高频电磁场数值计算的准确性,进一步优化算法,需要从以下几个方面进行优化:1、数值算法的优化对于FDTD算法中的时间步长大小,若将时间步长设定大,则会增强数值的不稳定性,如果将时间步长设定小,则会增大计算时间。

对于有限元法,需要采用合适的网格划分和有限元单元,以保证分段连续性,在判断问题时保留足够的精度。

2012电磁场数值计算(变分法)解读

2012电磁场数值计算(变分法)解读

29
电磁场数值计算
主讲人: 王泽忠
2019/2/20
华北电力大学电气与电子工程学院
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电磁场数值计算
主讲人: 王泽忠
2019/2/20
华北电力大学电气与电子工程学院
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主讲人: 王泽忠
2019/2/20
华北电力大学电气与电子工程学院
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主讲人: 王泽忠
2019/2/20
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2019/2/20
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主讲人: 王泽忠
2019/2/20
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主讲人: 王泽忠
2019/2/20
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2019/2/20
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2019/2/20
华北电力大学电气与电子工程学院
华北电力大学电气与电子工程学院
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电磁场的计算方法总结

电磁场的计算方法总结

电磁场的计算方法总结电磁场是电荷和电流在空间中产生的一种物理现象。

在科学研究和工程设计中,准确计算和描述电磁场对于解决问题和优化系统至关重要。

本文将对电磁场的计算方法进行总结,并介绍常用的计算技术和工具。

1. 静电场的计算方法静电场是指电荷静止或运动缓慢时产生的电磁场。

计算静电场常用的方法包括:- 库伦定律:用于计算离散点电荷之间的电场强度和势能。

根据库伦定律,两个电荷之间的作用力正比于它们的电荷量,反比于它们之间的距离的平方。

- 超级位置法:将连续分布的电荷视为无数个点电荷的叠加,通过积分计算得到电场强度和势能。

2. 磁场的计算方法磁场是由电流或磁化物质产生的一种物理现象。

计算磁场常用的方法包括:- 安培定律:用于计算电流在空间中产生的磁场强度和磁感应强度。

安培定律表明,一段电流元产生的磁场强度正比于电流元的大小,反比于它们之间的距离和它们之间夹角的正弦值。

- 超级电流法:将连续分布的电流视为无数个电流元的叠加,通过积分计算得到磁场强度和磁感应强度。

3. 电场与磁场的相互作用电场和磁场是密切相关的,它们之间存在相互作用。

计算电场与磁场相互作用的方法包括:- 洛伦兹力公式:描述电荷在电场和磁场中受到的作用力。

洛伦兹力公式表明,电荷在电场中受到的力等于电场强度与电荷量的乘积,而在磁场中受到的力等于磁感应强度、电荷量和电荷的速度之间的叉积的大小。

- 麦克斯韦方程组:描述电磁场的运动规律。

麦克斯韦方程组由四个偏微分方程组成,分别描述了电场和磁场的变化规律。

4. 电磁场的数值计算电磁场的数值计算方法是利用计算机模拟和数值计算技术来求解电磁场的分布和性质。

常用的数值计算方法包括:- 有限元法:将问题的区域划分为有限数量的小单元,利用有限元法的基本原理和方程来求解电磁场的分布和性质。

有限元法适用于复杂几何形状和材料分布的问题。

- 有限差分法:将问题的空间区域划分为网格,并利用有限差分方法来近似求解微分方程,从而得到电磁场的分布和性质。

电磁场数值计算方法

电磁场数值计算方法

电磁场数值计算方法引论计算电磁学:现代数学方法、现代电磁场理论与现代计算机相结核的一门新兴学科。

目的:求解电磁场分布以及计算电磁场与复杂目标的相互作用。

电磁场计算方法分类分类方法按数学模型:微分方程、积分方程、变分方程。

按求解域:频域、时域法。

按近似性:解析法、半解析法、渐进法和数值法。

1、解析法求出电磁分布的数学表达式。

其优点:(1)、精确(2)、参数改变时不要重新推导(3)、解中包含了对某些参数的依赖关系,容易发现规律性主要方法有:分离变量法、级数展开法、格林函数法、保角变换法和积分变换法。

缺点:只有个别情况才能用解析法解决,一般情况较难应用。

2、渐进法由求解物体的线度l与波长λ的关系可以划分为(1)、低频区。

lλ≈(2)、谐振区。

lλ(3)、高频区。

lλ低频区:静态场近似,电路近似(等效电路)高频区:光学近似。

GO 几何光学法 GTD 几何绕射光学UTD 一般几何绕射 UAT 一致渐进理论PTD 衍射的物理理论 STD 衍射谱理论缺点:求解复杂系统的电磁场问题时可能引起大的误差,只能应用于简单的电大系统。

3、数值法把数学方程离散化,把连续问题化为离散问题,把解析方程化为代数方程。

把连续连续的场分布转换为计算离散点的场值或者表达场的级数表达式的数值化系数。

(1)、有限差分法——求解电磁场满足的微分方程。

(麦氏方程、泊松方程以及波动方程)△、用差商近似代替导数,用查分近似代替微分。

△、把微分方程转化为差分方程(代数方程)。

特点:简单,物理概念明确。

(2)、矩量法——求解电磁场积分方程。

△、把未知函数展开为选定基函数表示的级数,存在未知函数。

△、把求解未知函数问题转变为求解系数问题。

△、再选择合适权函数,计算加权平均意义下的误差。

△、令误差为零,积分方程变为关于系数的代数方程。

△、矩量法在应用时若直接采用分解法和迭代法求解则计算量非常大,例如计算电大目标散射问题的计算,为解决这个问题,产生了一系列的快速算法。

电磁场的数值计算方法与应用

电磁场的数值计算方法与应用

电磁场的数值计算方法与应用引言:电磁场是物理学中一个重要的研究领域,它涉及到电磁波、电磁感应等多个方面。

为了更好地理解和应用电磁场,科学家们开发了各种数值计算方法。

本文将介绍电磁场的数值计算方法及其应用。

一、有限差分法有限差分法是一种常用的数值计算方法,它将连续的电磁场问题离散化为离散的网格点问题。

通过在网格点上近似计算电场和磁场的导数,可以得到电场和磁场在空间中的分布情况。

有限差分法的优点是简单易懂,适用于各种电磁场问题的求解。

例如,可以利用有限差分法计算电磁波在介质中的传播,或者计算导体中的电磁感应现象。

二、有限元法有限元法是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法,它可以用于求解各种复杂的电磁场问题。

有限元法将电磁场问题离散化为一系列的小区域,称为有限元。

通过在每个有限元上近似计算电场和磁场的分布,可以得到整个电磁场的数值解。

有限元法的优点是适用于各种不规则形状的区域,可以处理复杂的边界条件和材料特性。

例如,可以利用有限元法分析电磁场在电机中的分布,或者计算电磁屏蔽结构的性能。

三、边界元法边界元法是一种特殊的数值计算方法,它将电磁场问题转化为在边界上求解的问题。

边界元法通过在边界上近似计算电场和磁场的分布,可以得到整个电磁场的数值解。

边界元法的优点是可以减少计算的自由度,提高计算效率。

例如,可以利用边界元法计算电磁波在散射体上的散射现象,或者计算导体表面的电磁场分布。

四、数值计算方法在电磁场问题中的应用数值计算方法在电磁场问题中有着广泛的应用。

例如,在通信领域中,可以利用数值计算方法分析电磁波在天线和传输线中的传播特性,以及在无线通信系统中的传播损耗和干扰现象。

在电力系统中,可以利用数值计算方法分析电磁场对输电线路和变压器的影响,以及计算电力设备的电磁兼容性。

在电子设备设计中,可以利用数值计算方法分析电磁场对电路元件的耦合和干扰,以及计算电磁屏蔽结构的性能。

总之,数值计算方法在电磁场问题的研究和应用中发挥着重要的作用。

数字人电磁场数值计算

数字人电磁场数值计算

数字人电磁场数值计算
数字人电磁场数值计算是指使用计算方法和数学模型来计算数字人体内外的电磁场数值。

数字人电磁场数值计算可以涉及多个方面,包括电磁辐射的传播、吸收和散射等。

以下是一些常见的数字人电磁场数值计算方法:
1. 有限差分法(FDTD):有限差分法是一种常用的数值计算
方法,通过将计算区域划分为网格,并利用波动方程对电磁场进行数值求解。

2. 边界元法(BEM):边界元法基于电场的表面边界条件,
将计算区域划分为表面元素,并利用电场边界条件求解电磁场数值。

3. 有限元法(FEM):有限元法是一种广泛应用的数值分析
方法,通过将计算区域划分为有限元素,并利用电场的离散形式求解电磁场数值。

除了上述方法,还有其他一些数值计算方法可以用于数字人电磁场数值计算,比如瞬时法、时域有限差分法等。

最终的计算结果可以用来评估数字人体对电磁辐射的暴露程度和吸收情况,为电磁环境的安全评估和相关工程设计提供参考。

电磁场数值计算及基于freefem的编程实现

电磁场数值计算及基于freefem的编程实现

电磁场数值计算及基于freefem的编程
实现
电磁场数值计算是指使用数值方法求解电磁场问题的过程,其目的是通过计算得到电磁场的分布和变化规律。

基于FreeFEM的编程实现则是指利用FreeFEM软件进行编程,以实现电磁场数值计算的过程。

电磁场数值计算的方法包括有限元法、边界元法、矩量法等,其中有限元法是应用较为广泛的一种方法。

基于FreeFEM的编程实现需要掌握FreeFEM软件的使用方法和编程语言的编程技巧,同时需要对电磁场数值计算的基本原理有深入的理解。

在使用FreeFEM软件进行编程时,需要根据电磁场问题的具体情况建立相应的数值模型,并选择合适的数值算法和计算参数。

在完成编程后,需要对计算结果进行分析和验证,以确保计算结果的准确性和可靠性。

电磁场数值计算及基于FreeFEM的编程实现是电磁场领域的重要研究方向,对于解决电磁场工程问题和科学研究具有重要意义。

电磁场的数值计算方法

电磁场的数值计算方法

电磁场的数值计算方法:数值计算方法是一种研究并解决数学问题数值近似解的方法,广泛运用于电气、军事、经济、生态、医疗、天文、地质等众多领域。

本文综述了电磁场数值计算方法的发展历史、分类,详细介绍了三种典型的数值计算方法—有限差分法、有限元法、矩量法, 对每种方法的解题思路、原理、步骤、特点、应用进行了详细阐述, 并就不同方法的区别进行了深入分析, 最后对电磁场数值计算方法的应用前景作了初步探讨。

关键词:电磁场;数值计算;有限差分法;有限元法;矩量法引言自从1864 年Maxwell 建立了统一的电磁场理论,并得出著名的Maxwell 围绕电磁分布边值问题的求解国内外专家学者做了大量的工作。

在数值计算方法之前, 电磁分布的边值问题的研究方法主要是解析法,但其推导过程相当繁琐和困难,缺乏通用性,可求解的问题非常有限。

上个世纪六十年代以来,伴随着电子计算机技术的飞速发展,多种电磁场数值计算方法不断涌现,并得到广泛地应用,相对于解析法而言,数值计算方法受边界形状的约束大为减少,可以解决各种类型的复杂问题。

但各种数值计算方法都有一定的局限性,一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决,因此如何充分发挥各种方法的优势,取长补短, 将多种方法结合起来解决实际问题,即混合法的研究和应用已日益受到人们的关注。

本文综述电磁场的数值计算方法,对三种常用的电磁场数值计算方法进行分类和比较。

电磁场数值计算方法的发展历史在上世纪四十年代,就有人试探用数值计算的方法来求解具有简单边界的电磁场问题,如采用Ritz ,以多项式在整个求解场域范围内整体逼近二阶偏微分方程在求解域中的解。

五十年代,采用差分方程近似二阶偏微分方程,诞生了有限差分数值计算方法,开始是人工计算,后来采用机械式的手摇计算机计算,使简单、直观的有限差分法得到应用和发展,该方法曾在欧、美风行一时。

1964 年美国加州大学学者Winslow 以矢量位为求解变量,用有限差分法在计算机上成忻州师范学院物理系本科毕业论文(设计)1965年,Winslow 首先将有限元法从力学界引入电气工程中,1969 年加拿大MeGill 大学P. Silvester运用有限元法成功地进行了波导的计算Chari合作将有限元法应用于二维非线性磁场的计算,成功地计算了直流电机、同步电机的恒定磁场。

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lim ∂Ezs
ρ→∞ ∂ρ
= − jkEzs
lim
∂H
s z
ρ→∞ ∂ρ
=

r jkH
s z
(2.10) (2.11)
For the TM and TE polarizations, respectively, where ρ is
the radial variable in cylindrical coordinates.
r E
s
r H
s
= =
− ∇
jωµ0
r J
×
r J

r + ∇∇ ⋅ J
jωε 0
jωε
0
r K
+


×
r K
∇∇

r K
jωµ0
*G *G
(2.25) (2.26)
A differentiation followed by an integration.
12
Source-field relationships in homogeneous space
Splitting the fields into two parts
One associated with the primary source located somewhere outside the scatterer
Incident fields
r E
inc
r H
inc
Another associated with the equivalent induced source
( ) G
=
1 4j
H
(2
0
)
k
ρr
(2.20)
To summarize, the above procedure is the integration-followed-bydifferentiation procedure, which is NOT well suited for numerical implementation.
field, symbolically denoted
( ) G ej =
1 j ωε 0
∇∇
+ k2I G
( ) G ek = −∇ × I G
(2.29) (2.30)
and and are the dyadic Green’s functions for the magnetic
field,
( ) G mj = ∇ × I G
rr
A = J *G
r F
=
r K
*G
(2.16) (2.17)
where the scalar function G is the well-known three-dimensional
Green’s function
G
=
e − jk rr
4π rr
(2.18)
And the asterisk (*)denote three-dimensional convolution, that is,
(2.5) (2.6)
5
General description of a scattering problem (III)
Some additional explanations:
( ) (1) The vector Laplacian:
∇2
r E
=



r E


×

×
r E
(2.7)
(2)our interests is the case of an excitation produced by some source in the far zone. Often, we will consider the incident field to be a uniform plane wave.
those in the right.
___r________________________r_______
Er
Hr Jr
K
_
Hr E
r
_KJr
ρe
ρm
ρm
_ ρe
εµr
µ
εr
Ar
_Fr
__F________________________A_________
14
Conclusions
•General description of a scattering problem •Source-field relationships in homogeneous space ---- four forms •Principle of Duality
The description of a scattering problem
Part 2
1
Quick summary of last class (I)
ε0
µ0
r E
inc

r H
inc
ε 0ε r
µ0µr
r Er
H
s
s
2
Quick summary of last class (II)
How to describe the electromagnetic problems? Maxwell’s equations and boundary conditions
inc
+
r E
s
(2.1)
r H
=
r H
inc
+
r H
s
(2.2)
where
∇2
r E
inc
+
k
2
r E
inc
=
0
(2.3)
∇2
r H
inc
+
k
2
r H
inc
=
0
(2.4)
∇2 ∇2
r E
s
r H
s
+
k
2
r E
s
+
k
2
r H
= s=
j−ω∇µ0×JrJr−+∇jj∇ωωεε⋅ 0J0rKr+−∇∇×j∇ωKrµ⋅ K0r
---- a fourth form (I)
A simple interchange of integration and differentiation results in
r E
s
=
r J * Gej
+
r K
* Gek
r H
s
=
r J * Gmj
+
r K
* Gmk
(2.27) (2.28)
Where and are the dyadic Green’s functions for the electric
∫∫∫ Ar(rr) =
( ) r
J
rr′
e− jk rr−rr′
4π rr′
drr′
(2.19)
9
Source-field relationships in homogeneous space ---- a first form (III)
The two-dimensional Green’s function is
of the magnetic .according to
(2.12)
jωε 0
r H
s
=
∇×
r A+
∇∇

r F
+
k
2
r F
(2.13)
jωµ0
And the vector potential satisfy
∇2
r A
+
k
2
r A
=

r J
∇2
r F
+
k
2
r F
=
−Kr
(2.14) (2.15)
8
(3) Radiation conditions in a three-dimensional problem
lim

×

×
r E
s
=
r jkE
s
r→∞
lim

×

×
r H
s
=
r jkH
s
r→∞
where r is the conventional spherical coordinate variable.
r E
s
r H
s
= =

jωµr0
r A
∇× A−
j−ω∇εΦ0Fre
− −

×
r F
∇Φ m
(2.21) (2.22)
where Φe and Φm are scalar potential functions and given by
Φe
=
ρe ε0
*G
(2.23)
Φm
=
ρm µ0
*G
(2.24)
15
7
Source-field relationships in homogeneous space
---- a first form (I)
How to solve equations (2.5) and (2.6)?
TvEehrces t=ocrl∇aps∇osti⋅ecAnratl+iaaklp2pAArrro−aa∇cnhd×itsFhretoeelexcptrreicssvethcetofrieplodtseinntitaelrmFrs
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