基于亚网格时域有限差分法的改进雷电电磁脉冲计算模型

在利用均匀网格时域有限差分法（finite-difference time domain, FDTD）计算地闪回击电磁脉冲时，空间步长选取较大会导致计算结果中后期出现震荡，所以为了计算结果的准确必须采用较小的空间步长，导致计算效率低、内存需求大。为了解决这一问题，本文提出利用惠更斯亚网格技术改进计算模型，改进后的模型可以实现在距离雷电通道近、高频分量多的区域采用较小的空间步长，其余区域仍采用较大的空间步长，从而以较高的计算效率消除计算结果中后期的震荡。首先分析了空间步长对均匀网格FDTD法的各个场分量计算结果的影响，发现随着步长的增大，水平电场中后期震荡剧烈；之后，通过与均匀网格FDTD计算结果对比，深入研究了改进模型对水平电场中后期震荡的消除作用。结果表明：在不同地面电导率、地闪回击速度下，改进后的计算模型均能以较高的计算效率得到准确的、无震荡的计算结果。