基于数值电磁场仿真计算的电力杆塔雷击浪涌响应研究

在分析天线电磁场理论的基础上,利用由该理论建立的数值电磁场仿真程序,计算了电力输电线路杆塔浪涌响应,并与传输线理论计算的浪涌响应进行了对比,证明采用数值电磁场方法计算杆塔雷击浪涌响应是可行的,可以用来计算雷击杆塔时架空线路上的感应过电压值。

电磁连铸复合式结晶器内电磁场的数值模拟

通过简化条件下的理论推导和实验测试分别对交变磁场和静磁场计算方法进行了验证 ,在此基础上对电磁连铸复合式结晶器内的磁场进行计算 ,并分析了有无结晶器条件下两种磁场的相互影响·分析结果表明 。

基于MATLAB的电磁场数值分析

使用计算机进行电磁场数值分析已成为电磁场的工程开发、科研和教学的重要手段。编程实现从电磁场微分方程到有限元求解全过程需要很好的理论基础和编程技巧,难度较高。该文介绍了电磁场数值分析的基本理论并通过两个实例介绍了使用MATLABPDE工具箱实现电磁场偏微分方程的有限元解法。实验结果表明这一方法具有操作简单明了,运算速度快,计算误差可控制等优点。

三维无单元伽辽金法及其在电磁场数值分析中的应用(英文)

介绍了三维无单元伽辽金方法的基本理论,并将其应用于电磁场数值计算中。无单元伽辽金方法的理论基础是滑动最小二乘法,它只需节点信息,无需单元信息,摆脱了单元的限制,该方法对有限元法是一个很好的补充,可用于有限元法不能有效解决的某些工程电磁场问题,如薄膜问题、微小气隙问题、运动线圈问题等。针对权函数对无单元法的影响进行了详细研究,并给出了支撑域的选取原则及三维场中影响半径的计算公式。

基于留数定理的时域电磁场数值积分计算系统设计

针对传统电磁场数值计算系统的计算结果与理论值的均方误差较大的问题,设计基于留数定理的时域电磁场数值积分计算系统。在传统计算系统硬件的基础上,设计以FPGA为核心的积分计算系统硬件。以设计的系统硬件部分为基础,设计系统的软件部分。使用傅里叶变换将频域电磁场信号转换为时域信号,根据留数定理,编写程序对时域内的电磁信号函数积分求解,完成对计算系统的设计。通过与传统的电磁场数值计算系统的对比实验,证明了设计的基于留数定理的时域电磁场数值积分计算系统的均方误差更小,更具有优越性。

自主开放式电磁场数值仿真教学探索

电磁场可视化仿真实验课程开设有助于学生理解电磁场理论,提高解决实际问题的能力。通过对实验室传统上机授课方式存在的问题进行分析,提出了开放式的仿真实验教学方式。结合自身教学实践和学科专业特点,因地制宜,从实验课程设置、仿真软件学习、课程考核、和课后探索巩固等几个方面进行了论述,对提升"工程电磁场"课程教学质量和增强学生专业技能进行了有益的探索,本方案的开展有助于学生达到"卓越工程师"的培养目标。

电磁场数值方法在光波导课程教学中的应用探讨

光波导技术是光通信专业的基础课程。该文介绍了我们在光波导类课程教学中引入光波导模拟软件进行辅助教学的实例。采用软件模拟,将抽象的公式、物理现象以图形化方式直观地显示出来,提高了学生的学习兴趣和对光波导的理解与认识。

电磁场数值计算方法精品课程教学方法的创新与实践

电磁场数值计算方法是电子类和光电类专业研究生的一门重要专业基础课程,具有理论性强、概念抽象、公式复杂、编程繁杂等特点,课程教学难度较大。在精品课程教学中,运用现代教育技术和教学手段适当引入具有一定创新特色的可视化教学、案例式教学、实践性教学方法,从而加深学生对课程知识点的理解程度,提高课程学习的趣味性和学生学习的自主性,提升学生的创新意识和工程意识,增强学生的动手能力和社会适应能力。

生物医学工程专业本科阶段电磁场理论与数值计算课程设计与实施方法

目的:探索解决生物医学工程专业本科阶段电磁场理论与数值计算课程知识跨度大、数值计算编程入门困难等问题的教学新思路。方法:根据近5 a的教学经验,精简电磁场数值计算知识体系、丰富编程内容,精心设计规则圆域的网格剖分、电磁场正问题——有限元方法数值计算、电磁场逆问题——电阻抗断层成像3个编程实践环节,同时创造性地在课程实施中加入较短的激励反馈环节。结果:考核成绩证明了学员的编程实践环节成绩较好且兴趣较浓厚的学生理论考核成绩往往较高,呈现正相关的趋势。结论:提出的理论—实践—反馈教学模式有助于学员克服畏难情绪并建立信心,为本科阶段开设电磁场理论与数值计算课程提供了参考。

基于云计算的电磁场有限元计算方法研究

与工程实践密切相关的电工装备真实模型仿真计算,具有计算规模庞大、计算复杂程度高的特点。为此,提出1种基于云计算及弹性计算的并行计算实现方法;使用虚拟化技术将资源整合为可扩展的虚拟资源池,并搭建了并行计算集群;部署了9台Redhat6.0的Linux系统,其中1台作为主节点(master),负责整体计算任务的分配、调度与存储;集群之间通过1台千兆路由器相连,节点之间采用SSH通信协议机制;选取感应电机的静磁场计算作为案例,使用OPENMPI编制计算程序,在云计算平台的虚拟集群中实现了计算节点数分别为202万、246万、285万、324万规模的并行计算。计算结果表明:7台节点是4种计算规模中计算用时最少的最优节点数;随着亚马逊云计算3.6GHz通讯宽带的实现以及私有云万兆网的部署,云计算平台实现的并行计算效率可进一步提升。

大规模工程电磁场的亿自由度可扩展并行计算方法

精确和快速的电磁场计算,是电工装备精细模拟和优化设计的基础。该文在高性能云平台的高速互联弹性集群上开展可扩展并行计算研究,使用OpenMpi作为消息传递库,选取的区域分解算法为对偶原始有限元撕裂内联(FETI-DP)法,通过改进主从/对等的并行程序框架实现电导率不变时涡流场磁矢势A的并行计算,在降低编程复杂度的同时提高了并行计算效率。使用C语言编写程序,用国际TEAMProblem7基准问题验证可扩展并行计算方法。该文将主从/对等并行程序框架和对偶原始有限元撕裂内联(FETI-DP)法引入电磁计算领域,提高了并行计算效率和可扩展性,为大规模工程电磁场计算提供了一种新的实践和理论方法。

基于电磁场理论实践性的综合研究型实验

本文介绍的"电磁力"新实验设计的理念,凸显了电磁场理论教学内容的实践性。新实验的开设赢得了学生全方位的积极反响。实践证明,该实验在启迪学生建立工程分析观点,掌握镜像法和虚位移法,评价铁磁材料在电磁工程应用中的价值等知识点,以及掌握相应的分析与解决工程问题能力方面,充分展示了作为综合研究型创新实验的固有特色。

基于自适应区域分解的电磁场有限元求解方法研究

为了高效利用现有并行计算资源、提高电磁场数值分析效率,提出一种自适应区域分解有限元法用以电磁场求解。该方法是在加性Schwarz区域分解法中引入基于度量张量的各向异性网格自适应方法,将h型自适应有限元方法与区域分解方法的优点结合起来,在求解过程中生成对场分布响应更好的网格。为避免子区域独立网格自适应可能导致的悬点,在每步求解结束后对整个定义域的网格进行统一调整。计算过程中的多次子区域划分通过METIS实现,以基于当前网格对计算量在多处理器间进行合理分配。为进一步提高求解效率,在代数方程求解中将区域分解法用作Krylov子空间法的预处理算子。最后通过两个典型数值算例对所提方法在精度和效率方面的性能做了验证。结果表明:所提方法在保证求解精度的同时,所需自由度数目有显著降低(两个算例分别降低50%和36%),计算效率得到有效提高,验证了所提方法的有效性。

基于拓展传输线理论的高压交流电缆输入阻抗和金属护套电压计算分析

基于电缆外部精确电磁场分析方法,提出了一种拓展传输线理论,能够计及广义大地参数和电磁暂态仿真的影响计算电缆输入阻抗。采用电磁暂态仿真程序EMTP-RV,利用拓展传输线理论对典型高压交流电缆开展输入阻抗和金属护套电压特性研究,研究当合闸于空载电缆时的金属护套暂态电压特性;通过对正序激励下的电缆输入阻抗模值-频率响应进行研究,分析由三相金属护套交叉互联产生的多种传播模态。采用拓展传输线理论计算的结果与使用基于矩量法的改进数值电磁场分析方法(method of moments-surface admittanceoperator,MoM-SO)的计算结果基本拟合,与现有电磁暂态仿真软件中(ATP-EMTP、PSCAD/EMTDC和EMTP-RV)的CableConstants子程序计算结果出现显著性差异。当合闸于空载电缆线路时,受大地电阻率影响,采用Cable Constants子程序计算出的电缆金属护套最大暂态电压与采用拓展传输线理论所得出的结果相比,计算偏差位于1.8%至135%之间。考虑输入阻抗计算和暂态仿真的关键性差异,研究内容对今后开展高压交流电缆参数计算、模态分析、电磁暂态仿真、过电压研究具有参考意义。

基于云计算的电磁问题并行计算方法

针对电工装备性能分析与优化所需的易用高性能计算问题,使用云计算技术搭建了弹性集群,实现了典型电磁问题在弹性集群中的并行计算。使用虚拟化技术将计算机资源整合为资源池,搭建并部署了可实现弹性计算的云平台及并行计算所需的弹性集群。计算节点通过千兆路由器相连,节点之间使用SSH通信协议。选取感应电机和变压器作为计算案例,使用Fortran编写静磁场计算程序。对云计算的并行架构Open Mpi与Map Reduce进行了分析研究,使用Open Mpi并行化方法实现了数百万计算节点的并行计算。并通过与商业软件计算结果的对比验证了计算的正确性。研究结果表明,可在云计算的弹性集群上使用Open Mpi实现大规模并行计算。相比超级计算机提供的并行计算方案,本文使用云计算建立的弹性机群具有便捷、按需、可配置的优点,这为高性能计算提供了一种更易获取、易用的解决方法,为开展复杂真实机构的集成计算提供了高性能计算的理论和实践依据。

一种平面射频发射线圈的电磁特性分析

对一种应用在垂直场磁共振成像系统上的平面射频发射线圈进行了分析研究。首先用集中参数的等效电路模型对线圈的谐振频率及谐振模式进行了理论分析,在此基础上利用电磁场数值计算的方法对这种线圈在不同的谐振模式下的电流分布及磁场分布进行了研究。最后还对一个分成8段的平面射频发射线圈的射频场的空间分布进行了仿真。结果表明,这种线圈在300 mm的球内,磁场强度偏离中心点最大不超过15.2%,计算结果与实测结果是吻合的。

指纹放电电场的数值计算

根据介质阻挡放电人体指纹图像提取装置的物理模型,用数值计算的方法对电场进行了模拟,并就介质厚度对指纹图像清晰度的影响进行了研究。结果表明,随着介质层厚度的增加,放电空间的电场趋于均匀,导致指纹放电强度在空间均匀化,从而使指纹成像的分辨率下降。

基于时域有限体积法的计算电磁

介绍了基于计算流体力学(CFD)中的时域有限体积法(FVTD)的电磁计算。根据Maxwell方程组,给出了计算电磁(CEM)中FVTD的时间离散、MUSCL迎风型格式插值、空间离散和边界条件的处理,以及雷达散射截面(RCS)的计算公式。对无限长理想导体圆柱和线天线二维完全导电体的表面诱导电流与雷达散射截面计算结果表明:FVTD是一种高效准确的时域有限方法。

麦克斯韦积分方程的一种数值解法

直接从麦克斯韦积分方程出发,采用FIT算法,模拟电磁场的分布情况.

双定子场调制超导电机超导磁体电磁特性的分析与计算

双定子场调制高温超导电机(double-stator field-modulated high temperature superconducting machine,DSFM-HTSM)是一种新型超导电机,其使用高温超导(hightemperature superconducting,HTS)磁体励磁,且实现HTS磁体的静态密封冷却与电机的无刷化。针对10kW DSFM-HTSM样机使用的100匝BSCCO双饼线圈,结合超导临界态模型和麦克斯韦方程建立其二维电磁场有限元计算模型,对HTS线圈的自场通流过程进行数值模拟,得到线圈电流的分布与变化特征,并求得线圈临界电流;采用边界替换法,对电机额定运行下的HTS线圈进行快速的电磁场有限元计算,求得HTS线圈的交流损耗;最后进行HTS磁体的制造和实验测试,在液氮冷却下线圈临界电流达70A,与理论计算值相符;样机稳定运行,HTS磁体满足设计要求,验证所提分析计算方法的正确性和有效性。