雷电条件下二维及三维的电场分布计算

摘要

一直以来，雷电对人类的生活都有着极大的危害，并随着人类社会的发展表现出不同的危害形式。早期雷电的危害形式为雷击，每年造成大量的人畜伤亡、建筑物损坏以及森林火灾等，给人类生活带来了严重的负面影响。在当今信息化时代，强大的雷电电磁场脉冲（LEMP）可导致各种微电子设备的运行失效甚至损坏，成为威胁航天航空、国防军事、计算机与通信等领域的公害。 本文在雷电电磁场的数值计算方面，以理论计算方法为基础，研究了雷电空间任意场点的电磁场的数值计算方法。通过在时间和空间上对雷电流进行离散，得到了偶极子方法的数值解法；通过在时间上对雷电流进行离散得到了时变场方法的数值解法，运用有限差分时域法（FDTD）对雷电放电空间进行离散得到了整个自由空间的场强。 通过研究圆柱体模型，对空间任意场点的雷电电磁场进行了编程计算和图形仿真。对圆柱体的电场分布图形进行分析，为防雷研究提供必要的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2防雷的现状

1.3 电磁场计算的研究现状

1.3.1蒙特卡洛法

1.3.2模拟电荷法

1.3.3矩量法

1.3.4有限元法

1.4本课题的来源及研究所做的主要工作

第二章雷电的基本理论

2.1 自然雷电的形成及特性

2.2雷电的三种形式

2.2.1直击雷

2.2.2感应雷

2.2.3球形雷

2.3 闪电现象的描述

2.3.1起闪过程

2.3.2起闪传输过程

2.3.3闪电落地过程

2.4本章小结

第三章雷电电磁场的理论计算方法

3.1 二维空间的差分格式

3.2定解条件的离散化处理

3.3差分方程的解法

3.3.1高斯一塞德尔迭代法

3.3.2超松弛迭代法

3.4三维空间的差分格式

3.5偶极子法

3.6本章小结

第四章雷电通道的电磁场的计算

4.1垂直放电通道电磁场的计算

4.1.1偶极子法数值计算程序设计

4.1.2计算结果

4.2复杂雷电通道电磁场计算

4.2.1斜向放电通道电磁场的计算

4.2.2弯曲放电通道电磁场的计算

4.3复杂雷电通道电磁场计算实例

4.4本章小结

第五章雷电条件下二维及三维电磁场的计算

5.1空间闪电电场模型的建立

5.2圆柱体空间模型的建立

5.2.1电磁场离散参数的设置

5.2.2空间任意点的电磁场数值计算方法

5.2.3整个雷电空间电磁场的数值计算

5.3数值计算程序设计

5.3.1程序设计思路

5.3.2程序流程图

5.4仿真图形及特性

5.4.1三种特殊情况下的图形

5.4.2任意角度情况下的图形分布规律

5.4.3三维电磁场数值计算

5.4.4圆柱体三维电磁场图形仿真

5.5本章小结

结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢