電磁場數(shù)值積分

電磁場數(shù)值計算引言課程背景

近代科學技術(shù)發(fā)展的需求：

相關(guān)學科之間的交叉、滲透工程技術(shù)的綜合、集成、智能化和優(yōu)化（設(shè)計）

電磁場工程的定量分析（電磁場數(shù)值計算）

學科知識體系的延拓：電磁場理論應用數(shù)學數(shù)值計算方法計算機語言、編程和應用技術(shù)

新興學科分支：電磁場數(shù)值計算電磁場工程的CAA、CAD

技術(shù)：軟件（自編研發(fā)程序、商用軟件包）

電磁場數(shù)值計算+相關(guān)的工程與設(shè)計知識硬件

高速、大容量計算機的技術(shù)基礎(chǔ)

以滿足工程、系統(tǒng)日趨綜合、復雜（“耦合”）和優(yōu)化分析、設(shè)計的需要。課程的地位、特征和任務

地位：

電磁場學科中的一門新興的學科分支；面向電磁場工程應用的重要技術(shù)基礎(chǔ)課(電氣工程、電氣信息學科)。

特征：面向電磁場工程

數(shù)學、物理概念與工程觀點的有機結(jié)合；計算機輔助分析、設(shè)計（仿真研究）與工程應用技術(shù)知識、能力的綜合。

任務：

面向電磁場工程分析、設(shè)計的需要

培養(yǎng)具有分析與解決工程電磁場問題的能力、有初步編程和應用工程軟件包能力的、理論聯(lián)系實際、有再學習、再創(chuàng)造潛能的

高層次的專門人才（高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才）。

電磁場學科與電磁場工程

電磁場學科

研究宏觀電磁現(xiàn)象和電磁過程的基本規(guī)律、分析計算方法，

并面向電氣工程、電氣信息學科的工程科學技術(shù)

電磁場工程應用的重要技術(shù)基礎(chǔ)學科。

電磁場工程基點：電磁場的有效控制和利用

理解近代科學技術(shù)成果、發(fā)展并實現(xiàn)新的科學技術(shù)成果———

電磁場理論及其應用不僅是日趨發(fā)展的電工、電子和信息工程科學技術(shù)的重要基礎(chǔ)，而且也是旁及軍事、生態(tài)、醫(yī)療、地質(zhì)、航天等眾多領(lǐng)域新工程科學技術(shù)的生長點。

例如：*

浦東國際機場磁懸浮線（EMS型磁浮列車）；

日本山梨磁懸浮試驗線（EDS型磁浮列車）

上海磁懸浮列車

（EMS型）時速:430km/h磁浮線里程：33km，全程運時8min上海磁懸浮列車（EMS型）橫斷面視圖關(guān)鍵技術(shù)——懸浮、驅(qū)動和導向電磁系統(tǒng)長定子同步直線電機系統(tǒng)長定子轉(zhuǎn)子——懸?。ㄖС校╇姶盆F導向電磁鐵長定子同步直線電機系統(tǒng)縱向結(jié)構(gòu)示意圖yAZBXCYNSN長定子鐵心直線發(fā)電機支承磁鐵AAx

指定瞬間的磁場分布對應的氣隙磁場（B～x）分布

日本MLX01磁懸浮列車（EDS型）超導磁體時速:550km/h磁浮線里程：42.8km

*高能量密度的百萬kW級汽輪、水輪發(fā)電機設(shè)計、制造（優(yōu)化）技術(shù)1000MW汽輪發(fā)電機端部結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究點：

電磁力效應——定子端部繞組的振動與形變；

渦流場效應——端部漏磁場作用下，壓圈的局部過熱點。定子端部繞組定子繞組壓圈轉(zhuǎn)子繞組1000MW汽輪發(fā)電機端部渦流場分布定子端部繞組壓圈轉(zhuǎn)子繞組氣隙2000MVA/765kV電力變壓器

*超高電壓電力系統(tǒng)及其裝置的設(shè)計、制造（優(yōu)化）技術(shù)840MVA/550kV主變壓器（三峽水電站）40MVA/1000kV試驗變壓器

關(guān)鍵技術(shù)研究點:高能量密度設(shè)計下：主絕緣的優(yōu)化設(shè)計；

漏磁場的有效控制；

鐵心壓板的局部過熱；

短路應力與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

線圈的換位導線結(jié)構(gòu)；

雷電過電壓作用；…………

4800kV沖擊電壓發(fā)生器均壓環(huán)電抗器（L）分壓器（C）高壓LC振蕩回路武漢高壓研究所UHV（1000kV）試驗基地避雷線三相分裂導線瓷絕緣子串關(guān)鍵技術(shù)研究點:超高壓輸電線防暈技術(shù)；輸電線防雷技術(shù)；輸電線融冰技術(shù)；絕緣子的優(yōu)化設(shè)計；

雷電過電壓作用；…………18分裂導線試驗線（美國AEP）隱形轟炸機B2ir

*

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的電磁技術(shù)（導彈防御系統(tǒng)、隱身飛機、巡航導彈、GPS系統(tǒng)、信息干擾等）機身表面采用吸波材料；

電磁波在機身表面散射——隱形轟炸機F117

*

電磁兼容（EMC）和電磁干擾（EMI）技術(shù)；

*

電磁探測（應用于油、氣、礦藏、地層結(jié)構(gòu)探測和氣象預測等遙感、遙測技術(shù)；無損探傷技術(shù)等）；

*

電子束曝光、離子束注入技術(shù)（大規(guī)模集成電路芯片制造）；

*

廣播、電視、移動電話、微波通信和光纖通信等；

*

電磁熱加工技術(shù)（感應加熱、微波加熱和微波爐等)；

*

生物醫(yī)學工程中的電磁技術(shù)（核磁共振CT、X線透視和腫瘤熱療法等）；

*

超導儲能技術(shù)；

*磁流體發(fā)電技術(shù)；

*

納米微晶磁性材料的應用；

*

衛(wèi)星太陽能發(fā)電站；

………課程內(nèi)容組織與安排

學時數(shù):

6學時/周×8周=48學時

講課：36學時；

上機實踐：2學時/周×6

（第4周～第9周的周四9/10節(jié)）=12學時課程內(nèi)容:第1、2、4篇（“電磁場正問題的數(shù)值分析”）教材:“工程電磁場數(shù)值計算”

作業(yè):

上機實踐時,教師當場記錄、評定平時作業(yè)成績；

大型上機作業(yè)需提交書面的仿真分析計算報告?？偝煽?平時作業(yè)+大型作業(yè)成績（總成績的40%）

考試（開卷筆試）（總成績的60%）理想化假設(shè)理想化的物理模型線性、非線性的連續(xù)系統(tǒng)電磁場基本方程組及其導出方程定解條件：初始條件邊界條件偏微分方程的定解問題

(已知媒質(zhì)、場源，求場分布）積分方程問題*(已知媒質(zhì)、定解條件，求場源分布)變分問題（已知能量泛函，求極值)數(shù)學模型各種數(shù)值計算方法離散的數(shù)學模型（代數(shù)方程組）（前處理）線性、非線性的離散系統(tǒng)代數(shù)方程組解法離散解（數(shù)值解）（數(shù)據(jù)處理）（后處理）待求各物理量和電磁參解答,圖形顯示等結(jié)果的檢驗、實驗比較和校核工程電磁場問題

飛機對電磁脈沖的響應

FDTD網(wǎng)格空間中F-111飛機模型

F-111腹部一點上脈沖引發(fā)的電流計算值與實測結(jié)果的比較

直流閥用電磁鐵上蓋內(nèi)套外套銜鐵線圈擋鐵對稱軸B