基于区域分解的混合法计算节点电场强度

针对基于节点电位有限元方法计算节点电场强度,尤其是针对多媒质问题时边界及交界面上的电场强度计算精度低的问题,提出了基于区域分解的混合法计算研究区域内的节点电场强度以及边界电场强度法向分量和切向分量的方法.根据材料属性的不同将计算区域进行分解,然后对各区域分别采用加权平均法、边界电场约束法以及反距离加权平均法计算区域内部节点电场强度、边界(或交界面)节点电场强度的法向分量和切向分量.对一个具有解析解的同轴电缆模型,分别用混合法和Ansys软件进行计算,对比结果表明混合法的计算精度明显高于Ansys软件方法.     

交流电场促进型微混合器设计

以微混合器为研究目标,基于电渗效应及对流扩散方程,研究了一种新的主动式交流电场促进型微流体混合器.首先,使用有限元方法建立混合器多物理场耦合数值模型,然后通过计算分析了待混合流体附加交流电场时的混合效率,最后通过分析仿真结果,提高了经过外加电场的流体混合效率.     

交直流混合同步发电机独立供电系统的仿真

交直流混合独立供电系统被广泛应用在车辆、舰船和飞机等需要同时提供交流电和直流电的场合。在这些场合 ,为了提供高品质的电力供应 ,交流电压波形畸变率和直流电压纹波倍受关注 ,但其精确计算比较困难。以多回路理论为基础建立了交直流混合同步发电机独立供电系统的数学模型 ,考虑了磁场谐波的作用 ,对这个阶数高 ,运行状态多的系统编写了仿真程序 ,并进行了试验和仿真研究。试验的采样波形与计算结果吻合较好 ,证明了数学模型的正确性     

沸石系统的非线性电性质

在较宽音频频率范围内，研究了沸石石蜡油悬浮液在强电场下的非线性电。内容包括沸石石蜡油悬浮液复介电谱的测量，悬浮液的成分、电场强度对复介电谱的影响以及该体系对强交流电场和叠加在强直流电场上的弱交流电场的非线性响应。     

电趋肤效应机理与应用

比较研究了电趋肤效应机理及电趋肤效应的应用问题,讨论了静电趋肤效应和电流趋肤效应（直流电趋肤效应和交流电趋肤效应）,分析了直流电趋肤效应和交流电趋肤效应机理上的差别,分析了高压交流输电和高压直流输电的优缺点.认为静电趋肤效应是由于外电场对处于场中导体内负电荷做功,使之在晶格势场中的能态升高,从而分布在导体的外表面上;直流电载流子在横向电场和磁场共同作用下产生趋肤效应;交流电载流子除了与直流电载流子具有产生趋肤效应相同的原因外,还会受到感应电场的作用,能态升高后产生趋肤效应,因此交流电趋肤效应明显强于直流电趋肤效应.正因为如此,现代发展起来的高压直流输电较高压交流输电更节省电能.     

直流电场作用下心肌细胞膜电位计算模型

为研究直流电场作用对单心肌细胞膜电位变化的影响,基于电磁场理论和分离变量法,建立了单心肌细胞在直流电场作用下的膜电位计算模型。模型表明:对于心肌细胞膜上某点P,其膜电位变化与外电场强度、细胞横截面外膜半径、该点极径和外电场夹角的余弦值成正比。计算模型的建立为研究心肌细胞的电磁生物效应机理提供很有意义的理论依据。     

正直流电场对球形火焰影响的机理分析

为了确定正直流电场影响燃烧的机理,选取了初始压力为303.975kPa,过量空气系数为1.2、1.4、1.6的预混稀燃气,通过对容弹内网状电极分别加载幅值为5kV的正/负直流电压以及幅值为5kV、频率为15kHz的高频交流电压,对比分析了直流正电场与另外两种电场下预混球形火焰传播特性的异同。结果显示:不论火焰形变、火焰传播中速度的变化还是平均传播速度增大率随过量空气系数的变化,其在正直流电场下的规律都与负直流电场下相近而与高频交流电场下相差甚远;当过量空气系数从1.2增大至1.6时,正/负直流电场下火焰平均传播速度增大率从低于15%提高至约40%,而交流电场下该值始终约为11%。对比结果表明,正直流电场与负直流电场一样主要通过离子风效应影响火焰,但分析表明正电场下离子风的形成机理及促进效果与负电场下差异明显,这对不同条件下采用电场辅助燃烧时的电场种类选择有重要意义。     

效应物置入对环境电磁辐射场强测试的影响

为降低效应物置入对环境电场强度测量的影响,提高电磁辐射敏感度测试准确度,采用电磁场数值计算与实验验证相结合的方法,以正立方良导体作为效应物的模型,分别研究了效应物置入均匀电场环境或电磁混响室中导致的电场分布变化规律,以效应物置入前的环境电场强度作基准,确定了在典型方位测量环境电场强度时由于电场畸变导致的相对误差,给出了测量误差随距效应物相对距离的变化曲线.研究结果表明:在效应物前端面对角线方向测量环境电场误差较小,当相对距离l/λ>1时,均可将环境电场强度的相对误差控制在±10%以内,低频测量时,测试距离处于（0.15~0.25）λ之间时,环境电场强度测试误差可控制在15%以内,满足测量误差要求;混响室中置入效应物,电场畸变主要影响其表面附近的平均场强分布,只要偏离效应物表面大于0.4λ,效应物置入引起的电场畸变对环境电场强度测量造成的误差就能控制在2 dB以内;距离效应物表面（0.5~0.9）λ时,电场相对误差更小,建议在该范围内进行环境电场强度测试.      

兼并模对混响室场均匀性影响的仿真分析

为了研究兼并模对混响室场均匀性的影响,用FEKO软件建立了2个体积大致相等的矩形混响室壳体模型.1号混响室的尺寸为5 m×4 m×3 m,2号混响室尺寸为4 m×4 m×4 m,2号混响室存在简并模.2个混响室采用相同的机械搅拌器,分别计算2个混响室测试区某个矩形区域8个顶点的电场强度,计算各电场分量的以及总的标准偏差.结果表明,2号混响室场的标准偏差大于1号,说明兼并模的存在导致了混响室场均匀性的下降.     

基于径向基函数法的特高压直流输电线路地面标称电场计算

输电线路地面标称电场强度的大小是输电线路设计需要考虑的重要参数.针对有限元法在计算中面临的网格剖分和计算时间较长问题,将基于径向基函数(RBF)的无网格法引入到直流输电线地面标称电场的计算中,阐述了RBF的定义和此法的原理、实施步骤,通过编制程序,进行仿真计算,并讨论了不同输电线参数对地面标称电场强度的影响.算例分析表明:运用此法计算的地面标称电场结果和已有文献值较为接近,并与具有解析解的电缆模型电场强度值吻合得很好,说明该方法具有较高的准确性和有效性;导线对地高度和极间距离对地面标称电场强度的影响较大,次导线半径和分裂根数对地面标称电场强度的影响较小.     

高压直流电场作用下的甲烷-氧气层流扩散火焰稳定性

设计开发了直流电场作用下层流火焰实验系统，通过对甲烷-氧气非预混层流火焰施加直流电场，改变电极间距及燃烧当量比（氧气与甲烷实际物质的量之比与氧气和甲烷完全燃烧时物质的量之比的比值），对高速相机下火焰脉动幅度受电场影响的变化规律进行分析，探究了直流电场对火焰稳定性的作用及电场约束火焰的可行性。结果表明：对于存在脉动的层流扩散火焰，当对其施加高压直流电场时，火焰受到离子风的作用，其脉动幅度会逐渐减弱直至趋于稳定状态，且火焰稳定时所对应的电场强度与其初始的脉动幅度有关，初始振幅越大则火焰稳定所需的电压越高。同时，电极间距的改变也会影响火焰稳定时所需的电场强度，当电极间距改变较大时，对同一当量比的火焰，间距越大则所需的稳定电压就越高。     

基于BP-GA算法的染污支柱复合绝缘子伞裙结构优化

为防止污闪事故的发生,提出了基于BP-GA算法的染污支柱复合绝缘子伞裙结构优化方法。基于优化拉丁超立方设计法选取大伞伸出、小伞伸出和伞间距作为伞裙结构设计变量,在多耦合物理场Maxwell软件中构造染污支柱复合绝缘子的电场计算模型,将针对不同伞裙结构求解出的沿面电场不均匀系数和最大沿面电场强度作为样本数据。利用BP神经网络对样本数据进行学习训练,建立电场特性近似模型。采用GA算法求解近似模型,在满足最大沿面电场强度作为性能约束的前提下,使得沿面电场不均匀系数最小。实例结果表明,沿面电场不均匀系数降低了23.16%,且最大沿面电场强度小于空气击穿场强,有效地提高了支柱复合绝缘子的污闪性能。     

基于大别造山带电磁测深数据的磁暴感应地电场分布特性分析

为探明磁暴期间大别造山带的地面感应电场分布特性,通过引入大别造山带的大地电磁测深数据,结合2004年11月7—9日强磁暴期间武汉地磁台站的秒级磁场数据,进而计算磁暴感应地电场的方法研究了磁暴期间地面感应电场频域下的电场强度幅值最大值及对应的频率分布.结果表明:磁暴期间频域下电场强度幅值分布不均匀,而且部分数值较大;频域下电场强度南北分量幅值普遍大于东西分量幅值;频域下电场强度幅值最大值对应频率分布相对集中,且频率较小,更加接近直流.可见在接近直流的频率下,会集中产生较大幅值的电场,对各种人工系统产生较大干扰,需引起足够重视.     

换流变压器端部极性反转民转电场的数值算法及其绝缘设计

极性反转是换流变压器运行中一种特殊的工作状态，此时绕组承受交、直流耦合电场的作用，其中直流电场为非线性、各向异性场。首先分析了极性反转的物理过程及该电场的数值算法；然后针对直流电场的各向异性，应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法建立了该电场的有限元模型，并应用以上工作计算了４种典型的换流变压器绕组端部绝缘中极性反转电场的分布。通过对计算结果的分析，得出了一些具有实用意义的结论。     

换流变压器端部极性反转电场的数值算法及其绝缘设计

极性反转是换流变压器运行中一种特殊的工作状态，此时绕组承受交、直流耦合电场的作用，其中直流电场为非线性、各向异性场．首先分析了极性反转的物理过程及该电场的数值算法；然后针对直流电场的各向异性，应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法建立了该电场的有限元模型，并应用以上工作计算了４种典型的换流变压器绕组端部绝缘中极性反转电场的分布．通过对计算结果的分析，得出了一些具有实用意义的结论．     

不同刺激条件下经颅直流电刺激的仿真

经颅直流电刺激是一种非侵入式的脑刺激方法。为了优化电刺激中电极与刺激强度的选择,基于人体头部解剖结构,建立了4层同心球体有限元模型,通过数值计算方法,讨论了不同刺激电极面积和电流强度对大脑表面电场和内部电场的影响。结果表明:提高刺激电流能够增大整个大脑区域的电场强度。刺激的有效强度面积比率与电极面积呈良好的线性关系。且减小刺激电极面积,可增加大脑皮层与内部的电场强度比例。在实际应用中,应根据刺激脑区的位置和刺激强度的要求,合理选择电极面积大小及刺激电流强度。该研究对经颅直流电刺激参数的选择具有一定的参考意义。     

电场处理小麦种子对幼苗生长抗盐性的影响

用不同电场强度的交流和直流电场处理小麦种子,在实验室测定了电场处理种子对苗期盐胁迫后生长的影响。实验结果表明,在0.5-6.5Kv/cm范围内,直流和交流电场对小麦种子苗期抗盐性能的影响程度不同。与对照相比,直流电场处理对小麦幼苗出苗率的影响提高幅度在-75.61%～7.31%,对小麦幼苗含水量的影响提高幅度在-13.89%～26.03%,对小麦幼苗根冠比的影响提高幅度在-11.20%～16.95%;交流电场处理对小麦幼苗出苗率的影响提高幅度在－40.00%～15.00%,小麦幼苗含水量的影响提高幅度在－20.83%～42.51%,小麦幼苗根冠比的影响提高幅度在－17．43％～55．19％。结果表明,用适当的电场处理小麦种子,可提高小麦幼苗生长的抗盐性。     

人体心脏电场非接触式探测建模与仿真

讨论了静息电位的特性以及计算方法,通过Wilson理论对人体心脏电场进行数学建模,得到与静息电位相关的电场模型,并对心脏电场进行了仿真. 结果表明,利用电场强度进行探测可以得到理论探测距离和最佳的探测范围分别为160 m和20~60 m. 在探测距离确定的情况下,通过分析静息电位和电场强度的对应关系,可以达到区分人体及其他动物种类的目的.     

直流电压下环氧浇注绝缘子的表面电场分析

针对直流气体绝缘设备电场分析及结构设计时气体侧模型的选择问题,以高压直流气体绝缘穿墙套管用环氧浇注绝缘子为研究对象,建立了直流电压下环氧浇注绝缘子的电场计算模型。其中,对气体侧分别采用离子迁移模型和线性模型,在直流电压下对环氧浇注绝缘子的表面电场进行了计算及分析。研究了不同气体电离率、外施电压、体积电导率等条件下两种模型对计算结果的影响及相互替换的条件,给出了直流电压下气体侧模型的选择建议。结果表明:离子迁移模型得到的绝缘子表面电场计算结果受气体中空间电荷不均匀分布的影响,随场强的变化呈现出较强的非线性;线性模型用以匹配离子迁移模型计算结果的气体电导率取值与气体电离率成正比,与外施电压等级成反比;当外施电压等级较高、绝缘子体积电导率较大时,固体侧电流在绝缘子表面电荷积聚过程中起主要作用,离子迁移模型与线性模型得到的计算结果差异较小。这时,线性模型计算时间更短,更适用于环氧浇注绝缘子的结构优化设计。     

重金属污染土壤的电动-植物联合修复技术研究进展

土壤电动修复是一种高效的原位修复技术。笔者就电场对植物富集重金属的作用、电场配置方式及其与添加剂的协同影响研究现状进行了分析。多数研究表明:选用合适的电场配置和电场强度,不仅能够提高土壤中重金属的有效性,进而促进植物对污染土壤中重金属的富集,而且对植物生物量具有一定的促进作用。总体来说,选用交流电场或是低强度的直流电场不仅能够提高重金属的生物有效性,还能够避免电场给植物造成的不利影响,是针对重金属污染土壤修复较好的选择。笔者认为,在重金属污染土壤植物修复领域,未来的研究重点在于加强超富集植物与电场联合修复机理研究,研发高效低廉环境友好型强化剂,最终形成针对一种或多种重金属污染土壤的植物-电动联合修复关键技术。