基于网格计算的雷电电磁环境仿真

论文题目: 基于网格计算的雷电电磁环境仿真

论文类型: 博士论文

论文专业: 系统分析与集成

作者: 宋庭新

导师: 王乘

关键词: 雷电,电磁场,数值方法,网格计算,分布式仿真

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 网格计算(Grid Computing)是一种计算机分布式计算环境,在此基础上实现电磁环境的实时计算和仿真对构建基于Internet/Intranet 的分布式动态仿真支撑平台具有重要的作用。本文通过对影响电磁环境的自然雷电进行建模,研究了雷电放电过程中电磁辐射(LEMP)场强的理论计算和数值计算方法,并在网格计算环境中实现了雷电电磁场的计算,模拟了雷电电磁场的分布规律。主要研究内容包括如下五个方面。在雷电流建模方面,首先探讨了自然雷电的形成和特征,对雷电回击电流的六种工程模型进行了计算和讨论,阐述了各种模型的特点,重点对Diendorfer-Uman(DU)模型进行了研究,提出了DU 模型的基电流和雷电流波形及其表达式。在雷电电磁场的理论计算方面,提出了两种方法,即时域中的偶极子方法和频域中的时变场方法。运用这两种方法,详细讨论了垂直放电通道、斜向通道、弯曲通道和通道分支的麦克斯韦方程组的求解过程。通过建立雷电偶极子模型,得到了空间任意场点的水平电场Er、垂直电场Ez和切向磁场Bφ的微分表达式。对于地面场点则直接导出了Ez 和Bφ的解析公式。通过对时变场中瞬态的雷电流波形进行傅里叶级数展开和周期延拓,得到了频域中的雷电电磁场的解析公式。此外,本文还提出了雷电辐射功率的计算方法。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(FDTD)法对雷电放电空间进行离散,得到了整个自由空间的场强。对这两种数值方法的误差以及各自的优缺点进行了对比分析,结果说明数值方法的计算结果与精确的解析解是一致的。此外,本文还研究了弯曲通道和分支通道的数值方法,以及回击速度、通道高度和大地电容率等参数对雷电回击电磁场的影响。在网格计算方面,对网格计算的应用背景,体系结构进行了阐述,重点对网

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪言

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状及存在的问题

1.3 本文主要研究内容

2 雷电流模型的建立

2.1 引言

2.2 自然雷电的形成及特征

2.3 雷电回击电流模型

2.4 电流模型的计算和比较

2.5 本章小结

3 雷电电磁场的理论计算方法

3.1 引言

3.2 用偶极子方法求解雷电波电磁场

3.3 垂直放电通道电磁场的计算

3.4 用时变场方法求解雷电波电磁场

3.5 本章小结

4 雷电电磁场的数值计算方法

4.1 引言

4.2 计算模型和边界条件

4.3 电磁场离散参数设置

4.4 偶极子法数值计算程序设计

4.5 时变场法数值计算程序设计

4.6 两种方法的计算结果比较与误差分析

4.7 雷电回击参数对电磁场计算的影响

4.8 雷电辐射功率的计算

4.9 本章小结

5 复杂雷电通道电磁场的计算

5.1 引言

5.2 斜向放电通道电磁场的计算

5.3 考虑分支通道后的电磁场计算

5.4 弯曲放电通道电磁场的计算

5.5 复杂雷电通道电磁场计算实例

5.6 本章小结

6 在网格计算环境中实现雷电电磁场仿真

6.1 引言

6.2 网格及网格计算环境的配置

6.3 雷电电磁场仿真系统的架构

6.4 雷电电磁场计算的网格中间件设计

6.5 WEB 门户站点设计

6.6 数据库设计

6.7 网格计算的优势

6.8 雷电电磁场特征分析

6.9 雷电电磁场可视化仿真

6.10 本章小结

7 全文总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 1 攻读学位期间发表论文目录

附录 2 攻读学位期间参与科研项目

附录 3 GT3 配置和编程

发布时间: 2006-04-05

参考文献

[1].雷电活动及地形地貌对输电线路绕击特性的影响研究[D]. 李瑞芳.西南交通大学2012

基于网格计算的雷电电磁环境仿真

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