文档介绍：研究生课程论文(2015 —2016 学年第 1学期) 课程名称: 工程电磁场数值分析课程类型: 专业必修课授课教师: 王新掌学时: 36学分: 论文得分批阅人签字批阅意见: 论文题目:工程电磁场课程报告姓名: 刘思学号: 2********** 年级: 2015 级专业: 电气工程学院: 电气学院注意事项: 河南理工大学研究生学处制 1 、以上各项由研究生本人认真填写; 2 、研究生课程论文应符合一般学术规范,具有一定学术价值,严禁抄袭或应付;凡学校检查或抽查不合格者,一律取消该门课程成绩和学分,并按有关规定追究相关人员责任; 3 、论文得分由批阅人填写,并签字确认;批阅人应根据作业质量客观、公正的签写批阅意见(原则上不少于 50 字); 4 、原则上要求所有课程论文均须用 A4 纸打印,加装本封面, 左侧装订; 5 、课程论文由学生所在学院(系) 统一保存, 以备查用。 1 总结有限元法计算电磁场问题的步骤,并说明什么叫正问题和逆问题?( 20 分) 答: ?用 ANSYS 处理电磁场问题一般分为以下五个步骤: (1) 创建物理环境。设置 G UT 菜单过滤, 定义分析标题, 定义单元类型及其选项, 定义单元坐标系及局部坐标系, 设置实常数和单位制, 定义材料属性。(2) 建立模型、对模型的不同区域赋予不同的特性、划分网格。(3) 加边界条件和载荷( 激励)。(4) 求解。(5) 后处理。可以对计算结果云图显示, 矢量图显示, 对路径上的物理量曲线显示?电磁场的正问题: 给定场的计算区域, 各区域的材料的组成和特性, 以及激励源的特性, 求场域中场量随时间、空间分布的规律。即由源求场。电磁场的逆问题: 给定电磁装置理想的性能指标和参数、场型分布等, 通过对装置的优化设计来实现这一目标。实际上就是电磁装置的综合设计问题。即由场溯源。 2 设计一个高压点火器,用分析其电场分布,说明影响点火器起火的主要参数,并说明怎样改变参数可以容易地点火?( 20 分) 解: 第一步: 设计模型点火器是由两个等腰梯形的绝缘架和两个等腰三角形的金属尖以及气隙组成。金属尖长 19mm ,气隙长 2mm 等腰梯形绝缘载体( a= 30mm , b=2mm , h=30mm ) ,空气相对介电常数为 1 。左侧的金属尖电压为 10000V ,右侧为 0V 。如图所示。各点坐标如下: K,1,-,0,0, K,2,,0,0, K,3,-,,0, K,4,-,-,0, K,5,,-,0, K,6,,,0, K,7,-,,0, K,8,-,-,0, K,9,,-,0, K,10,,,0, 图点火器模型图第二步:建模仿真利用 Ansys 进行建模仿真,得到电压与电场分布图如图 ( a) 与图 2. 2(c) 。图 (a) 点火器电压分布图 ( b) 点火器电场分布第三步: 分析在两个尖端之间取一条直线路径(从(-,0,0) 到( ,0,0 )) 进行其电位与电场分析。分析图如图 ( a)和 (b) 所示。图 ( a) 路径电势分布图 ( b) 路径电场分布由图 2 .3(a),(b) 可看出, 电压有突变, 电场在中间最低, 在两断处非常大, 故可知尖端之间气隙被击穿,点火器功能可以实现。改变实验参数, 很容易得到, 影响点火器的主要参数是: 尖端的电压差, 尖端距离, 气隙介电常数(设计的点火器常用与空气中,这一项可认为不变项)。尖端电压差越大,气隙距离越小,则越容易点火。 3 如图 1 所示,1 R?、2 R?,3 R?, 半径 1R 以内是金属球, 其上电位为 2000V ??, 大于半径 1R 小于半径 2R 之间为第一种电解质( 即绝缘体), 其相对介电常数为 1r?,大于半径 2R 小于半径 3R 之间为第二种电解质,其相对介电常数 2r?,第二种电解质外面是导体层, 该导体层接地, 试分析当(1)当11 r??,2 80 r??,(2)1 80 r??, 21 r??,两种情况时两种电解质内 E 和D 的分布,并说明两种情况下 E 和D 的分布不同的原因。( 20 分) 图1 解: 利用 ansys 建模仿真得到结果图, 如图 ( a) (b) , (a)(b) , (a)(b) , 分别为题目(1) (2 )小题的电压 V 分布对照,电场 E 的分布对照以及电位移矢量 D 的分布对照。图 (a) (1) 中电压分布图 ( b)(2) 中电压分布图 ( a)(1)