感应式磁声成像中的三维电磁场正逆问题研究

感应式磁声成像技术是近年来发展起来的一种新的电阻抗成像方法,是超声成像技术与传统电阻抗成像相结合的产物。本文基于电磁场基本理论,研究了感应式磁声成像中的电磁场正逆问题,推导了感应式磁声成像中的三维电磁场逆问题计算公式,提出一种不需要旋转静磁场的逆问题重建方法,建立了三维仿真模型并进行了数值计算实验。结果验证了该方法的正确性和可行性,得到了分辨率较高的电导率绝对值图像。

时域有限差分法的Matlab仿真

介绍了时域有限差分法的基本原理 ,并利用 Matlab仿真 。

Ansoft软件在电磁场实验课中的几点注记

Ansoft软件在电磁场实验课中发挥着非常重要的作用。本文提出了该软件在电磁场实验课中的几点提示,有助于提高学生解决电磁场问题的能力,并给出几个实例加以说明。

粒子模拟激光斜入射边界条件的处理

讨论了电磁场模拟中的非反射边界条件,详细推导了斜入射情况非反射边界条件的有限差分格式,并在粒子模拟程序LARED P上将其实现,同时给出了激光斜入射时的数值模拟结果.

基于SPH方法的焊接熔池流体动力学仿真研究

在虚拟焊接训练设备的开发中,焊缝成形的实时交互仿真是其开发的关键技术。本文研究了现阶段的焊缝成形仿真方法,针对二氧化碳气体保护焊焊缝成形仿真过程中的计算时间长及无流体运动感等问题,提出了一种基于光滑粒子流体动力学法的焊缝成形仿真方法。该方法中包含有温度场计算,可计算流体离散化后粒子的温度,并根据流体粒子的温度对粒子的更新步长进行修改,可实现流体粒子从运动状态至静止状态的转化,从而模拟出焊接过程中熔池凝固的过程。

Ag涂层内凹弧形针尖增强喇曼散射效应仿真研究

设计了一种表面镀有Ag涂层且具有内凹弧度的圆锥形钨(W)针尖,运用时域有限差分法建立了针尖-球形样品结构的针尖增强喇曼散射模型,研究了针尖增强效应及参数优化配置.采用波长632.8nm光源斜入射激励方式,对模型的针尖增强喇曼散射效应进行电磁场仿真计算,获得了模型在不同光源入射角度、样品粒径、针尖-样品间距下的增强电场强度和针尖增强喇曼散射增强因子.研究结果表明:当光源入射角为72°、样品粒径约为140nm、针尖-样品间距达到2nm时可产生最大的增强因子,达到104量级.该结果为制备高增强效率的探针针尖,及其在高空间分辨率和高检测灵敏度喇曼光谱仪中的实用化提供了参考依据.

基于电磁波散射方向性的ADS-B信号解交织

作为实现广播式自动相关监视的主要技术之一,1090ES信号在目标监视领域得到广泛应用。但随着民航飞行量的增加,它与二次雷达应答信号的同频交织问题日益严重。为了降低ADS-B地面站对1090ES信号误码和漏检概率,提出了利用电磁波散射的方向性,从空间域上实现交织信号分离的技术。利用有限元差分时域法,对双介质圆形散射体进行散射电磁场仿真,由散射场的方向分布可得,两个入射角相近的电磁波信号经过散射以后其行进方向发生较大变化,从而实现交织信号空间上的分离。

微型化圆筒型与平板型DMA仿真对比研究

通过COMSOL建立圆筒型与平板型差分电迁移率分析仪(DMA)的仿真模型,保证鞘气、载气流速及分级区长度、高度相同的条件下,以50 nm粒子为检测对象,对比研究这两种结构DMA分级区体积V同步减小时,对粒子传递效率的影响。当V从15πcm^(3)减小至6πcm^(3),圆筒型DMA粒子传递效率从0.99急剧下降到0.42,平板型DMA则从0.86缓慢下降到0.71,当V达到7.5πcm^(3)时,平板型DMA的粒子传递效率开始超越圆筒型DMA;当V≤6πcm^(3)时,实现50 nm粒子分离的圆筒型DMA内部电场达到空气击穿强度,而平板型DMA则保持稳定。平板型DMA体积V减小至3πcm^(3)时,流场的侧壁效应变得显著,粒子传递效率降至0.5。仿真结果证明了平板型DMA更适合微型化发展,同时为DMA的微型化结构设计提供了参考。

热阴极径向温度非均匀性对本征发射度的影响

从热发射理论出发,推导了非均匀发射阴极的均方根本征发射度的一般计算形式。针对一种最常见的温度径向分布近似模型,给出了均方根发射度随温度非均匀性变化趋势的理论数值解。基于有限差分法粒子仿真技术统计了热阴极的本征发射度,仿真结果与理论解一致,验证了非均匀发射热阴极本征均方根发射度一般形式的正确性。结果表明,径向温度非均匀性引起均方根发射度显著变化,非均匀系数为10%时引起均方根发射度下降约15%。本文建立的理论形式和仿真方法可以有效评估束流品质控制目标和工程热设计之间的依赖关系,以指导高效费比的工程设计。

基于GPU的FDTD麦克斯韦方程快速求解

采用图形处理器(GPU)为主计算核心,应用时域有限差分法(FDTD)实现电磁学中麦克斯韦方程组的快速求解。通过对FDTD求解麦克斯韦旋度方程的直接时间域的分析,给出FDTD的仿真算法。根据GPU能高效地提高FDTD的仿真速度,解决FDTD仿真算法中的计算量庞大问题。利用GPU在FDTD计算中的处理能力,实现了更长的脉冲持续时间和庞大的模型求解与仿真,在适当的时间内完成了超大量的仿真计算。根据在CPU和FDTD上的实际计算结果表明,基于GPU的FDTD仿真算法具有高精度和高效率等特点。

基于CPU-GPU异构机群的FDTD并行算法加速研究

时域有限差分法(FDTD)求解电磁学中麦克斯韦方程组是科学与工程计算中一个非常重要的算法。通过对FDTD求解麦克斯韦旋度方程的直接时间域的分析,给出其基于多个GPU组成异构机群系统上的并行加速算法,用OpenCL、CUDA和MPI编程模型实现了并行程序。在目前的主流NVIDIA和ATI的GPU平台上,加速的并行FDTD程序相对CPU串行程序和8个CPU核的MPI并行程序,分别获得了超过8倍和1.5倍的加速,并在多个GPU卡上获得了接近线性加速的扩展性能。

表面粗糙度对热阴极本征发射度的影响

本文推导了热阴极表面粗糙特征影响均方根本征发射度的理论形式,并结合仿真方法分析了粗糙幅度、周期以及外加电场对束流发射度的影响。首先,针对二维余弦表面形貌,首次推导了粗糙特征影响热阴极本征发射度的完整理论形式。理论解表明发射度随着粗糙幅度增加而增加,随粗糙周期增加而降低,随外加电场近似为正比关系。随后,基于有限差分粒子仿真程序YYPICMC,分析了二维余弦表面粗糙特征对本征发射度的影响,仿真结果与理论解有显著差异:当粗糙幅度增加到一定值后,发射度增长系数趋于平缓;当粗糙周期很小时,发射度增长系数也趋于一个较低的值,而非随着周期减小而迅速增大。结合发射电流随粗糙特征的变化、粒子轨迹随外电场的变化以及空间电荷效应对发射度增长的影响,对引起这种差异的机制进行了深入分析,结果表明这种差异是由理论解本身的局限性造成时。最后,针对理论模型的局限性,提出了引入“曲面比效应”和“初始粒子损失效应”改进“发射度-粗糙度”理论模型的思路。

不同金颗粒尺寸的Au@SiO_2纳米粒子拉曼增强研究

制备壳厚为2～3nm，核尺寸为15、25、50nm的Au@SiO2纳米粒子代替Au纳米粒子，用来研究电磁场耦合强度与粒子尺寸和间距之间的关系。实验结果表明处在硅衬底上核尺寸为50nm的Au@SiO2纳米粒子增强效果更佳。为了进一步提高Au@SiO2纳米粒子的拉曼活性，将核尺寸为50nm的Au@SiO2纳米粒子置于光滑的金表面，结果表明罗丹明6G的信号获得了更大的增强。利用时域有限差分法分别计算了不同粒径、间距和处在不同基底材料上的Au纳米粒子二聚体的表面增强拉曼散射（SERS）活性，结果表明粒子尺寸越大，间距越小，处在金衬底上的Au纳米粒子二聚体电磁场耦合强度越高，这与实验结果完全相符。另外，粒子间的耦合方式从粒子间隙转移到粒子与衬底之间，克服了粒子间距不可控的问题。这为获得灵敏度和稳定性更高的拉曼活性基底提供了新的思路。