电磁场数值积分

电磁场数值计算引言课程背景

近代科学技术发展的需求：

相关学科之间的交叉、渗透工程技术的综合、集成、智能化和优化（设计）

电磁场工程的定量分析（电磁场数值计算）

学科知识体系的延拓：电磁场理论应用数学数值计算方法计算机语言、编程和应用技术

新兴学科分支：电磁场数值计算电磁场工程的CAA、CAD

技术：软件（自编研发程序、商用软件包）

电磁场数值计算+相关的工程与设计知识硬件

高速、大容量计算机的技术基础

以满足工程、系统日趋综合、复杂（“耦合”）和优化分析、设计的需要。课程的地位、特征和任务

地位：

电磁场学科中的一门新兴的学科分支；面向电磁场工程应用的重要技术基础课(电气工程、电气信息学科)。

特征：面向电磁场工程

数学、物理概念与工程观点的有机结合；计算机辅助分析、设计（仿真研究）与工程应用技术知识、能力的综合。

任务：

面向电磁场工程分析、设计的需要

培养具有分析与解决工程电磁场问题的能力、有初步编程和应用工程软件包能力的、理论联系实际、有再学习、再创造潜能的

高层次的专门人才（高素质的创新型人才）。

电磁场学科与电磁场工程

电磁场学科

研究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律、分析计算方法，

并面向电气工程、电气信息学科的工程科学技术

电磁场工程应用的重要技术基础学科。

电磁场工程基点：电磁场的有效控制和利用

理解近代科学技术成果、发展并实现新的科学技术成果———

电磁场理论及其应用不仅是日趋发展的电工、电子和信息工程科学技术的重要基础，而且也是旁及军事、生态、医疗、地质、航天等众多领域新工程科学技术的生长点。

例如：*

浦东国际机场磁悬浮线（EMS型磁浮列车）；

日本山梨磁悬浮试验线（EDS型磁浮列车）

上海磁悬浮列车

（EMS型）时速:430km/h磁浮线里程：33km，全程运时8min上海磁悬浮列车（EMS型）横断面视图关键技术——悬浮、驱动和导向电磁系统长定子同步直线电机系统长定子转子——悬浮（支承）电磁铁导向电磁铁长定子同步直线电机系统纵向结构示意图yAZBXCYNSN长定子铁心直线发电机支承磁铁AAx

指定瞬间的磁场分布对应的气隙磁场（B～x）分布

日本MLX01磁悬浮列车（EDS型）超导磁体时速:550km/h磁浮线里程：42.8km

*高能量密度的百万kW级汽轮、水轮发电机设计、制造（优化）技术1000MW汽轮发电机端部结构关键技术研究点：

电磁力效应——定子端部绕组的振动与形变；

涡流场效应——端部漏磁场作用下，压圈的局部过热点。定子端部绕组定子绕组压圈转子绕组1000MW汽轮发电机端部涡流场分布定子端部绕组压圈转子绕组气隙2000MVA/765kV电力变压器

*超高电压电力系统及其装置的设计、制造（优化）技术840MVA/550kV主变压器（三峡水电站）40MVA/1000kV试验变压器

关键技术研究点:高能量密度设计下：主绝缘的优化设计；

漏磁场的有效控制；

铁心压板的局部过热；

短路应力与结构稳定性；

线圈的换位导线结构；

雷电过电压作用；…………

4800kV冲击电压发生器均压环电抗器（L）分压器（C）高压LC振荡回路武汉高压研究所UHV（1000kV）试验基地避雷线三相分裂导线瓷绝缘子串关键技术研究点:超高压输电线防晕技术；输电线防雷技术；输电线融冰技术；绝缘子的优化设计；

雷电过电压作用；…………18分裂导线试验线（美国AEP）隐形轰炸机B2ir

*

现代战争中的电磁技术（导弹防御系统、隐身飞机、巡航导弹、GPS系统、信息干扰等）机身表面采用吸波材料；

电磁波在机身表面散射——隐形轰炸机F117

*

电磁兼容（EMC）和电磁干扰（EMI）技术；

*

电磁探测（应用于油、气、矿藏、地层结构探测和气象预测等遥感、遥测技术；无损探伤技术等）；

*

电子束曝光、离子束注入技术（大规模集成电路芯片制造）；

*

广播、电视、移动电话、微波通信和光纤通信等；

*

电磁热加工技术（感应加热、微波加热和微波炉等)；

*

生物医学工程中的电磁技术（核磁共振CT、X线透视和肿瘤热疗法等）；

*

超导储能技术；

*磁流体发电技术；

*

纳米微晶磁性材料的应用；

*

卫星太阳能发电站；

………课程内容组织与安排

学时数:

6学时/周×8周=48学时

讲课：36学时；

上机实践：2学时/周×6

（第4周～第9周的周四9/10节）=12学时课程内容:第1、2、4篇（“电磁场正问题的数值分析”）教材:“工程电磁场数值计算”

作业:

上机实践时,教师当场记录、评定平时作业成绩；

大型上机作业需提交书面的仿真分析计算报告。总成绩:平时作业+大型作业成绩（总成绩的40%）

考试（开卷笔试）（总成绩的60%）理想化假设理想化的物理模型线性、非线性的连续系统电磁场基本方程组及其导出方程定解条件：初始条件边界条件偏微分方程的定解问题

(已知媒质、场源，求场分布）积分方程问题*(已知媒质、定解条件，求场源分布)变分问题（已知能量泛函，求极值)数学模型各种数值计算方法离散的数学模型（代数方程组）（前处理）线性、非线性的离散系统代数方程组解法离散解（数值解）（数据处理）（后处理）待求各物理量和电磁参解答,图形显示等结果的检验、实验比较和校核工程电磁场问题

飞机对电磁脉冲的响应

FDTD网格空间中F-111飞机模型

F-111腹部一点上脉冲引发的电流计算值与实测结果的比较

直流阀用电磁铁上盖内套外套衔铁线圈挡铁对称轴B