平行双线的电场仿真(修复的)

沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计1一、题目概述1.1内容1.1.1设计目的电磁场与电磁波课程理论抽象、数学计算繁杂，将Maxwell软件引入教学中，通过对典型电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合，强化学生对电磁场与电磁波的理解和应用，提高教学质量1.1.2设计作用电磁场与电磁波主要介绍电磁场与电磁波的发展历史、基本理论、基本概念、基本方法以及在现实生活中的应用，内容包括电磁场与电磁波理论建立的历史意义、静电场与恒流电场、电磁场的边值问题、静磁场、时变场和麦克斯韦方程组、准静态场、平面电磁波的传播、导行电磁波以及谐振器原理等。全书沿着电磁场与电磁波理论和实践发展的历史脉络，将历史发展的趣味性与理论叙述和推导有机结合，同时介绍了电磁场与电磁波在日常生活、经济社会以及科学研究中的广泛应用。书中的大量例题强调了基本概念并说明分析和解决典型问题的方法；每章末的思考题用于测验学生对本章内容的记忆和理解程度；每章的习题可增强学生对于公式中不同物理量的相互关系的理解，同时也可培养学生应用公式分析和解决问题的能力。1.1.3设计任务及要求平行双线的电场仿真，如图1.1所示，两长直导线相距400mm，导线半径20mm，其材料(material)是铁（iron），场域中介质是空气（air）(006.1,0)。其中：一支导线电势为1000V，另一支导线电势为-500V；求：计算平行双线周围的电场分布，并计算单位长电容。沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计2图1.11.2所用Maxwell软件环境介绍1.2.1Maxwell软件环境：AnsoftMaxwell是低频电磁场有限元仿真软件，在工程电磁领域有广泛的应用。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，使用领域遍及电器、机械、石油化工、汽车、冶金、水利水电、航空航天、船舶、电子、核工业、兵器等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用作出了巨大的贡献.二、功能分析2.1电磁场公式分析设导线表面单位长度带电+λ，-λ，则两线间任意点P的场强：E=)(2200xd式（2.1）U=adlnaa-dlndxE00a-da式（2.2）单位长度电容：沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计3）（）（adlnadln1UQC00式（2.3）2.2设计指标已知两长直导线相距400mm，导线半径20mm，其材料属性是铁，场域中介质是空气(006.1,0)。其中：一支导线电势为1000V，另一支导线电势为-500V。参数设置完成后，利用Maxwell软件，观察在其绘制出的电压变化曲线图、电场强度变化曲线图、电位移密度变化曲线图和能量变化曲线图，分别分析各个图谱中电压V、场强E、电位移密度和能量W的变化趋势。三、设计与仿真3.1总体设计ProjectInsertMaxwell2DDesignFileSaveaswds（工程命名为“wds”），见图3.1图3.1选择求解器类型：MaxwellSolutionTypeElectricElectrostatic见图3.2沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计4图3.2创建左导线DrawCircle左导线起点：（X,Y,Z）=（0,0,0）坐标偏置：（dX,dY,dY）=（20,20,0），见图3.3图3.3AssignMaterial铁（iron），见图3.4沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计5图3.4创建右导线DrawCircle右导线起点：（X,Y，Z）=（400,0,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）=（20,20,0），见图3.5图3.5AssignMaterial铁（iron），见图3.6沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计6图3.6创建场域中介质DrawRectangle场域起点：（X,Y,Z）=（400,100,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）=（-400,-100,0），见图3.7图3.7AssignMaterial空气（air）(006.1,0)。见图3.8沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计7图3.83.2参数的设置与改变选中左导线Maxwell2DExcitationsAssignVoltage1000V见图3.9图3.9沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计8选中右导线Maxwell2DExcitationsAssignVoltage-500V见图3.10图3.10四、设计与仿真4.1参数的设置4.1.1设置计算参数：Maxwell2DParametersAssignMatrixVoltage1,Voltage2见图4.1沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计9图4.14.1.2设置自适应计算参数：Maxwell2DAnalysisSetupAddSolutionSetup最大迭代次数：Maximumnumberofpasses10误差要求：PercentError1%每次迭代加密剖分单元比例：RefinementperPass30%见图4.2和图4.3沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计10图4.2图4.34.2检查并运行Maxwell2DAnalyzeAll，然后计算机就开始进行计算。见图4.4沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计11图4.44.3软件仿真结果4.3.1Voltage，E，D及Energy的分布检查完毕后，Maxwell2DFieldsFields,分别选择Voltage,E,D,还有OtherEnergy.见图4.5图4.54.3.2双导线中心连线的电场分析绘制双导线中心连线，DrawLine,以左边导线的中心为起点，右边导线中心为中点沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计12绘制中心连线。见图4.6图4.6Maxwell2DResultsCreateFieldsReportRectangularPlot,GeometryPolyine1,再分别选择Voltage,E,D,Energy。图4.7由上面电压变化曲线图4.7可知：从左边导线中心到28mm时候，电压保持在1000V，没有发生改变；从372mm处到400mm之间，电压保持在-500V不变;而在28mm到372mm之间，电压随距离的变化呈线性递减。沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计13图4.8图4.9图4.10图4.8，图4.9，图4.10分别为场强，电位移密度，能量变化图。有以上图可以明显的看出：在从左边导线中心到28mm之间，以上三值均为0；从372mm处到400mm之间，以上三值也均为0；而从28mm到372mm之间，三条曲线均保持同一个变化规律：先递减，中间有一段平衡距离，随后递增。沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计144.3.3计算单位长电容Maxwell2DFieldsCalcalator,InputQuantityEnergy,GeoemtryAllOblects,Scalar的积分号，OutputEval.见图4.11图4.11由图可知，能量为0.00006429J，计算出电容值为C=5.7055pF。沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计15五、设计总结和体会通过这次课程设计，使我对电磁场电磁波这门课又重新的认识，其并不仅仅是书本上的死知识，而是与生活紧密相连，就好比一个简单地平行直导线，电压，电位移分布并不仅仅是看上去那么简单。经过这次课程设计后，使我懂得：理论与实际相结合的重要性，只有这样，才能使得我们更好的掌握和运用所学的知识，从而提高学习兴趣。六、参考文献：[1]苏东林，陈爱新，谢树果.电磁场与电磁波.北京：高等教育出版社，2009[2]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].4版.北京：高等教育出版社，2006沈阳理工大学--------电磁场与电磁波课程设计目录一、题目概述...........................................................................................................................…11.1内容……………………………………………………………………………………..11.1.1设计目的…………………………………………………………………………11.1.2设计作用…………………………………………………………………………11.1.3设计任务及要求…………………………………………………………………11.2所用Maxwell软件环境介绍....................................................................................21.2.1Maxwell软件环境………………………………………………………………..2二、功能分析...........................................................................................................................…22.1电磁场公式分析………………………………………………………………………22.2设计指标…………….…………………………………………………………………3三、设计与仿真......................................................................................................................….33.1总体设计…………………………………………………………………………….33.2参数的设置与改变……………………….……………………………………….7四、运行与测试…………………………………………………………………………………84.1参数设置…………….……………………………………………………………….84.1.1设置计算参数……………………………………………………………………84.1.2设置自适应计算参数……………………………………………………………94.2检查并运行…………………………………………………………………………104.3软件仿真结果……………………..…………………………………………………114.3.1Voltage，E，D及Energy的分布……………………………………………...114.3.2双导线中心连线的电场分布…………………………………………………..114.3.3计算单位长电容………………………………………………………………..14五、设计总结和体会...............................................................................................................15六、参考文献..............................................................................................................................15