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关键词： 输变电网络   工频电磁场   地球-电离层   波导系统   传播特性  

摘要： 进入21世纪以来，世界各国经济迅猛发展，对工业用电、居民用电等都提出了更高要求。为满足人们日益增长的用电需求，世界各国建立了庞大的输/用/变电网络，其装机容量巨大，可向周围空间发射50Hz/60Hz的电磁场（波）。在处理电磁波的传播问题时，可将地面与电离层之间的整个空间看作一个波导系统，称之为地球-电离层波导系统。在此系统内，50Hz/60Hz电磁波可以传播很长距离而不会发生很大的衰减。这些弥漫在波导系统中的工频电磁波可作为背景场来进行导航和探测定位水下铁磁性物体，如水下巡航器、水下沉船和海底金属矿。因此，在导航和目标探测这两个方面，工频电磁波都具有极高的研究价值。　　本文从输变电网络产生工频电磁场（波）的机理出发，研究工频电磁场（波）的传播特性及其应用。从理论上，通过研究工频电磁波传播时涉及到的介质层电磁属性，分析了工频电磁波在地球-电离层波导系统中的传播特性。从技术上，采用华中-华东-华南500kV、1000kV和各省220kV输电网络作为辐射源，建立电网偶极子-空气层-电离层-陆地层-海水层-海床层的仿真模型，研究在典型区域上空工频电磁场随空间位置的变化规律，提出利用各级变电站/变电所经纬度坐标的导航方法。在上述模型的基础上增加水下目标的仿真，计算当水下目标位于不同海域时所引起的电磁扰动大小和扰动范围。从实践上，以仿真数据和实地考察结果为支撑，设计水面/水下目标铁磁性缩比模型在船池中的探测方案并实施探测试验，在采用磁信号平均滤波算法和相干噪声抑制磁信号算法来处理所测得的试验数据后，均可明显看到当水下缩比模型经过时所引起的电磁信号干扰，证实了利用工频电磁场（波）来探测水下铁磁性目标的可行性。最后，总结全文并给出技术展望。

关键词： AA6022铝合金   电磁场   双辊铸轧   亚快速凝固   宏/微观偏析   微观组织   力学性能  

摘要： 能源与环境是当今世界面临的两大难题,而且都与汽车产业的发展息息相关。因此,“轻量化、节能减排、安全智能”成为汽车行业健康发展的必然趋势。与此同时,针对金属基材料规模化绿色制造及性能提升的迫切需求,面向以铝合金为主的轻合金体系,开展基于电磁铸轧亚快速凝固的非平衡相变与组织一体化调控研究。实现低成本、高性能、高均质化铝合金板材的成功制备,对我国高端高精铝合金产业加工制备技术的发展具有重要意义。 本文基于自主研发的双辊薄带铸轧实验装备,系统研究了 AA6022铝合金板材制备过程中铸轧工艺、冷却速率、电磁外场以及热处理工艺对组织性能的影响规律;确定了浇注温度、铸轧速度以及板带厚度等最优工艺参数;对比传统近平衡凝固,分析了亚快速凝固过程与微观组织演变和力学性能提升的内在关系;采用数值模拟与中试实验相结合的方法,研究了电磁场对AA6022合金微观组织及元素偏析行为的影响规律,阐明了电磁场在凝固过程中的作用机理;获得了基于电磁外场协同的薄带铸轧AA6022铝合金板材最优热处理工艺。论文的主要工作及研究成果如下: (1)讨论了 AA6022铝合金薄带铸轧凝固过程不同质量缺陷的形成原因,并提出了相应的预防措施。薄带铸轧工艺技术具有亚快速凝固结晶特点,容易出现裂边、“热带”、边部侧漏以及纵向弯曲等质量缺陷。分析认为,铸嘴宽度方向液流分配系统的设计与优化,提高了铸轧板坯宽度方向金属熔体流量与温度分布的均匀性;通过浇注温度、铸轧速度以及板带厚度等工艺参数之间的合理匹配,凝固缺陷数量明显减少,铸轧板坯的表面质量和边部质量明显提高。 (2)分析了不同凝固方式条件下的微观组织特征,揭示了冷却速率对具有较宽凝固区间Al-4.5 wt.%Cu合金微观组织演变及力学性能提升的内在关系。结果表明,当凝固过程的冷却速率由1.65℃/s提高到117.3℃/s时,铸态合金的晶粒尺寸和二次枝晶臂间距均明显减小;晶界处聚集的非平衡共晶相数量减少且宽度变窄;α-Al基体内Mg、Si等溶质元素的过饱和固溶含量增加;合金板材均匀化时间缩短,时效硬化响应速率加快且硬化效果增强。在细晶强化、固溶强化以及析出强化等多种强化机制的耦合作用下,合金板材的综合力学性能明显提高。 (3)建立了以电磁场和亚快速凝固技术为核心的独特的电磁振荡铸轧工艺体系,解决了由于溶质元素含量多、凝固区间宽导致的铸轧板坯宏/微观偏析严重的技术难题。结果表明,将电磁外场与薄带铸轧工艺相结合,形成独特的电磁振荡铸轧技术,电磁场的振荡效应与冲击波效应可以有效提高熔体中形核质点的均匀分散程度、从而细化铸轧板坯的凝固组织;提高溶质元素在基体中的过饱和固溶程度、显著减少非平衡共晶相的面积分数、抑制中心偏析带缺陷的形成;改善了铸轧板坯宽度方向和厚度方向微观组织和化学成分分布的不均匀性。 (4)构建了在“磁阻尼”效应和“电磁振荡”效应协同作用下的多场耦合控制工艺模型,系统研究了静磁场、脉冲电场以及复合场对铸轧区内温度场、速度场、电流密度分布、电磁力大小和作用方向的影响规律。分析认为,中心偏析带是由于凝固界面运动的湍流作用引起的,当电磁力作用方向与熔体流动方向相反时,说明电磁力可以降低轧辊水平中心线处金属熔体的流动速度,消除熔体湍流,抑制富集溶质熔体的长距离宏观流动,表现出静磁场的“磁阻尼”效应。随着脉冲电场同时应用,铸轧区内电流密度和电磁力强度均显著提高,同时电磁力作用方向呈现出周期性变化趋势,电磁力对熔体的振荡效果增强,液-固界面前沿温度场、溶质场以及非均匀形核质点的分布变得更加均匀。 (5)提出了“电磁铸轧→直接冷轧→热处理”AA6022铝合金汽车板短流程一体化制备及组织性能控制新思路,研究了固溶和预时效保温时间对合金板材成形性、烘烤硬化性以及抗自然时效稳定性的影响规律。结果表明,固溶处理保温时间会显著影响中间金属相的分解程度与α-Al基体中溶质元素的过饱和固溶含量,随着保温时间的延长,合金板材硬度逐渐升高,中间金属相数量逐渐减少,当保温时间为5 min时硬度值最高,说明此时固溶强化效果最好,继续延长保温时间,合金板材硬度已基本趋于稳定。当合金板材预时效保温5 min时,室温停放10 d后硬度值已相对稳定,继续延长停放时间至30 d,板材硬度并没有明显升高,此时合金的过饱和状态较为稳定,而此时烤漆硬化处理后的硬度值增量最高,说明合理的热处理工艺可以显著提高合金板材的抗自然时效稳定性能、冲压成形性能以及烘烤硬化性能。

关键词： 骨再生   干细胞   电磁场   骨组织工程   脊柱椎间融合  

摘要： 目的:电磁场(EMF)作为一种治疗骨缺损的物理疗法已经在临床上应用,由于治疗过程中患者会长时间暴露在电磁场中,因此被质疑会对人类健康造成潜在的危害。为了优化电磁场在临床治疗中的应用,同时避免因为直接暴露带来的其不良影响,电磁场和组织工程技术的结合至关重要。此外,对电磁场作用机制的深入理解将有益于它更安全高效的应用。方法:在本研究中,采用聚己内酯(PCL)和羟基磷灰石(HA)为原料通过3D打印制造多孔复合支架,并用经聚多巴胺表面修饰的支架作为细胞载体。用CCK-8试剂盒和Live/Dead染色试剂盒检测支架的生物相容性。接着在扫描电镜和共聚焦显微镜下观察细胞在PCL/HA支架上的形态和分布。接下来,在体外用正弦电磁场(15 Hz,0.3 m T)对载有骨髓间充质干细胞(BMSCs)的支架进行干预,借助染色、PCR、Western Blot、免疫荧光染色等手段检测骨髓间充质干细胞的成骨能力。在动物实验中,取下大鼠尾椎椎间盘,植入载细胞支架构建脊柱融合模型。于此同时,采用另一批大鼠在颅骨构建直径为5.5 mm的极量骨缺损模型。利用影像学(CT、X射线)和组织学(HE染色、Masson染色、Von Kossa染色)方法对骨组织再生进行观察和分析。此外,我们还通过多种途径探讨了EMF调控骨髓间充质干细胞成骨分化的机制,同时通过制备骨髓间充质干细胞的条件培养基探究EMF对干细胞旁分泌的影响,以更加深入地了解电磁场的调控作用。结果:通过聚多巴胺表面修饰的多孔PCL/HA支架不仅具备良好力学特性也具备优秀的生物相容性,BMSCs可以粘附在支架上健康地生长。此外,EMF的干预并不会影响细胞的外型以及增值状况。EMF处理的载细胞支架在动物试验中成功地加速了大鼠尾椎椎间融合以及极量颅骨缺损的修复。进一步研究发现,EMF并不能直接诱导骨髓间充质干细胞分化,而是通过上调特异性BMP受体的数量,从而提高骨髓间充质干细胞对BMP信号的敏感性。一旦这些受体收到来自周围环境的BMP信号,便通过BMP/Smad信号通路启动级联反应促进骨髓间充质干细胞成骨分化。不仅如此,我们还发现经EMF处理的骨髓间充质干细胞的条件培养基能更好地促进内皮祖细胞(EPCs)的血管生成和小鼠来源巨噬细胞RAW264.7(RAW)的免疫调节以及骨髓间充质干细胞的成骨分化。这些因素都在骨再生过程中发挥了极其重要的作用。由此可以推断以上效应是EMF通过促进骨髓间充质干细胞分泌细胞因子而实现的。结论:综上所述,聚多巴胺表面修饰的多孔PCL/HA支架具备良好的力学特性和生物相容性。EMF(15 Hz,0.3 m T)结合组织工程技术成功加速了大鼠椎间融合和颅骨极量骨缺损的修复。EMF可促进骨髓间充质干细胞的成骨潜能,增强骨髓间充质干细胞的旁分泌功能,通过影响成骨分化、血管生成、免疫调节最终促进骨组织的再生。这些发现突出了低频正弦电磁场对组织工程的深远影响,并为骨缺损的临床治疗提供了新的策略。

关键词： 异向介质   双曲型异向介质   电磁场不连续性   表面电压   等效介质理论   场增强   偏振光束分离  

摘要： 异向介质为合理地操纵电磁波提供了新的技术机会。在各种异向介质中,双曲型异向介质因其具有剧烈的各向异性,在传播非寻常电磁波时具有重要应用,引起了科学界的广泛关注。目前双曲型异向介质主要集中在对各向异性的研究。正如我们所知,随着光轴从主传播轴倾斜,将会导致电磁波新的相位移动,从而影响电磁波的吸收、反射、透射等现象。因此,可以通过调控双曲型异向介质的光轴倾斜角度,获得新型电磁现象。本文主要研究满足θ=φc条件下倾斜双曲型异向介质的光学特性,其中表示双曲型异向介质光轴倾斜角,φc表示双曲型异向介质色散曲线的渐近线与光轴之间的临界角。通过建立电磁波与倾斜双曲型异向介质相互作用的电磁场解,我们提出了倾斜双曲型异向介质的电磁场不连续、电磁场增强和偏振波束分裂的概念和设计方法。本文的主要工作如下:（1）建立了满足θ=φc条件下电磁波与倾斜双曲型异向介质相互作用的解析解。详细的计算表明,当横向磁极化波从倾斜双曲型异向介质入射到介质时,电场的切向分量在界面处是不连续的。此时,在倾斜双曲型异向介质的内边界处会感应出异常的表面电压效应,进而使得电磁波能够实现全透射。这类异常表面电压效应对于理解电磁波在边界的连续性具有重要意义,为它们的实验实现提供了一个新的理论指导。（2）增强光与物质的相互作用（主要表现在电场方面）是实现可实用的片上光学器件的主要挑战之一。一般情况下,电场的增强可以增强光与物质的相互作用。本文提出了基于实际材料的倾斜双曲型异向介质模型,能够将光压缩到深亚波长尺度,实现场的增强。为了解释基于实际结构和材料的倾斜双曲型异向介质模型中的场增强现象,本文分析了局域和非局域等效介质理论对场增强的影响。这项研究提出了实现场增强的新思路,有望在纳米光子技术中取得应用。（3）在极端纳米尺度上调控光偏振态的能力一直是光子学研究中的重要目标。本文研究了利用倾斜双曲型异向介质（其中θ→0和φc→0）实现偏振波束分裂的现象。进一步地,在中红外区域,提出了一种利用石墨烯和氮化硼的二维范德华异质结构来实现超薄倾斜双曲型异向介质模型的设计。基于这种石墨烯和氮化硼异质结构,我们可以设计实现TE极化电磁波的透射和TM极化电磁波的反射。这种偏振分束对入射角度不敏感,且不依赖于干涉效应。本文提出的理论工作在偏振光纳米分束器、TM波的超散射、以及TE波零散射的设计中具有重要指导意义。

关键词： 钢轨   斜裂纹   ACFM   检测探头   定量评估  

摘要： 钢轨踏面斜裂纹萌生于轨距角处,其发展到一定深度后会快速扩展导致钢轨轨头横向断裂,严重威胁行车安全。本文针对钢轨踏面斜裂纹定量检测需求,引入交流电磁场检测技术,建立钢轨踏面斜裂纹ACFM检测理论及仿真模型,重点研究不同垂直角度及不同尺寸斜裂纹的电磁场畸变规律,开发基于BP神经网络的斜裂纹定量识别算法,设计开发钢轨检测单探头及钢轨仿形阵列检测探头,研制ACFM检测仪,最终开发钢轨踏面斜裂纹ACFM检测仪器系统,为钢轨踏面斜裂纹的有效定量评估提供一种新的手段。论文主要研究内容总结如下:(1)钢轨踏面斜裂纹ACFM检测理论研究及仿真分析基于ACFM检测技术原理,探究钢轨踏面斜裂纹检测理论,构建斜裂纹ACFM检测仿真模型,对比不同扫查方式下的斜裂纹特征信号,分析不同角度和不同尺寸斜裂纹附近的感应电流分布及电磁场畸变规律,为斜裂纹的判定及定量评估奠定理论基础。(2)钢轨检测单探头及钢轨仿形阵列探头设计开发根据钢轨踏面斜裂纹分布规律,设计磁芯结构,优化激励模块参数,设计信号处理电路,并完成磁场传感器选型,设计钢轨检测单探头;进一步仿真确定阵列磁芯结构,对阵列传感器进行选型并确定其最优间距,根据轨距角结构完成仿形阵列探头开发。(3)钢轨踏面斜裂纹ACFM检测仪器系统开发针对钢轨踏面斜裂纹的检测需求,设计钢轨探伤扫查架,对ACFM检测仪进行设计,依据高速检测需求设计集成有效值电路,开发基于BP神经网络的斜裂纹定量识别算法,开发斜裂纹检测软件系统,最终完成钢轨踏面斜裂纹ACFM检测仪器系统搭建。(4)钢轨踏面斜裂纹ACFM检测仪器测试基于钢轨踏面斜裂纹ACFM检测仪器,开展实验测试,对不同长度、深度和角度的斜裂纹进行检测,并开展高速检测实验。结果表明,检测仪器及定量识别算法可实现对斜裂纹的有效检测和定量评估,并能够在最高120km/h的检测速度下实现斜裂纹的检出。

关键词： 薄膜   奇粘性   电磁场   粘弹性   稳定性  

摘要： 本文研究了奇粘性对沿倾斜平面流动的薄膜稳定性的影响.奇粘性指在由于磁场等因素导致时间反演对称性被打破的流体中,流体除了具有一个众所周知的粘性系数(偶粘性系数)外,还具有的第二个粘性系数.然而之前关于薄膜稳定性的研究都集中在偶粘性上,并没有考虑奇粘性对其稳定性产生的影响.本文首先研究了在电磁场作用下,奇粘性对牛顿流体薄膜稳定性的影响,采用润滑理论,推导出了一个新的含有奇粘性效应的气-液界面演化方程.通过对演化方程进行线性稳定性分析,发现奇粘性和磁场强度越大,临界雷诺数越高,而电场强度越大,临界雷诺数越小,这表明奇粘性和磁场对流体流动具有稳定影响,而电场则使流动变得不稳定.此外,还对演化方程进行了弱非线性稳定性分析,发现在有限振幅范围内,存在亚临界不稳定区域、无条件稳定区域、超临界稳定区域以及爆炸区域.本文通过图像的形式展现了奇粘性、磁场强度、电场强度对临界雷诺数以及这些区域范围的影响.到目前为止大多数关于奇粘性的研究都集中在牛顿流体中,本文将奇粘性拓展到非牛顿流体中,研究了奇粘性对粘弹性流体稳定性的影响,得到了一致的结论.这些结果可以对薄膜流动的相关实验以及工业应用提供理论指导.

关键词： Electromagnetics   Atomic physics   Materials science   Mechanical engineering  

摘要： This thesis aims to improve the understanding of electromagnetic (EM) field – material interactions, with the end goal of introducing frequency as an experimental variable during processing of ceramics. Work towards this goal has been achieved through three main projects. The W-band EM characterization of Al2O3 explored the critical role that polarization mechanisms have on EM field-material interactions. The dominant polarization mechanisms in the W-band for Al2O3 were identified as electronic (~32%) and ionic (~68%) polarization. This is a step towards understanding the role of frequency in EM field-material interactions, especially at higher frequencies. Specific focus was then applied to the ionic polarization mechanism, which was studied by exploiting the dielectric anisotropy in the Al2O3 unit cell. By rotating and heating the Al2O3 sample with respect to the electric field direction, the strength of the ionic polarization was adjusted. The results of the W-band characterization were also used to develop a framework that can relate the polarizability of orientations to their dielectric permittivity at W-band frequencies and tune these permittivity values in a rapid and granular fashion by rotating or heating the sample/device. Sintering of additively manufactured (AM) ceramics using various frequencies of microwave radiation (MWR) gave insight into the microstructure and how it is changing during EM field processing. This showed how to exploit EM fields at different frequencies to achieve processing goals (e.g., synthesis of metastable phases, sintering and crystallization at temperatures below those required in conventional processing). Through densification, microhardness, and microstructural characterization, the most effective method was determined to be MWR sintering using a frequency of 2.45 GHz. Split ring resonator (SRR) preliminary experiments showed exciting results on how to use SRRs as microscale tunable EM field or plasma generators/devices. By us

关键词： 脉冲电磁场   骨质疏松   骨髓间充质干细胞   自噬  

摘要： 目的:研究脉冲电磁场对去卵巢大鼠骨质疏松及骨髓间充质干细胞自噬的影响。方法:24只三月龄体质量为250g～300g的雌性SD大鼠随机分为假手术组(Sham组)、去卵巢骨质疏松模型组(OVX组)、去卵巢骨质疏松模型+脉冲电磁场组(PEMF组),每组8只。OVX组和PEMF组均通过切除双侧卵巢构建骨质疏松动物模型,Sham组则切除双侧卵巢旁等体积的脂肪组织。PEMF组大鼠置于脉冲电磁场线圈中心区域干预,干预参数为频率8Hz,强度3.82 m T,每次干预40分钟,一天1次,一周5天,干预疗程共12周。Sham组和OVX组大鼠以同样方式放置在线圈中心区域,但不开启仪器,放置时间、次数同PEMF组。待干预结束后完成各组实验大鼠取材,使用ELISA法检测各组大鼠血清中E2、BALP水平,对各组左胫骨行HE染色,对右胫骨行Micro-CT骨扫描及骨微结构定量分析,对左股骨及第5腰椎行骨密度检测,对右股骨骨髓间充质干细胞采用RT-PCR检测Beclin 1、LC3B、P62、Runx-2的m RNA水平,采用Western blot检测Beclin 1、LC3Ⅱ/Ⅰ、P62、Runx-2的蛋白表达水平。结果:1.血清学分析:与Sham组对比,OVX组的E2和BALP水平明显下降,差异有统计学意义(P<0.001,P<0.001);与OVX组对比,PEMF组的E2和BALP水平升高,差异有统计学意义(P<0.001,P<0.001)。2.病理切片:Sham组骨小梁结构完整,相互连接成网状;与Sham组对比,OVX组骨小梁数目明显减少,骨小梁稀疏断裂;与OVX组对比,PEMF组骨小梁数目增多,骨小梁排列较规则并相互连接成网状。3.骨密度:与Sham组对比,OVX组左股骨及第5腰椎的骨密度均显著下降,差异有统计学意义(P<0.01,P<0.01);与OVX组对比,PEMF组左股骨和第5腰椎的骨密度均明显增加,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.05)。4.骨微结构定量分析:与Sham组对比,OVX组的Tb.N、BV/TV均明显减少,***显著增加,差异均有统计学意义(P<0.001,P<0.05,P<0.001),而***虽减少,但差异无统计学意义(P>0.05);与OVX组对比,PEMF组的Tb.N和BV/TV增加,***下降,差异均有统计学意义(P<0.05,P<0.05,P<0.05),而***虽增加,但差异无统计学意义(P>0.05)。***水平:与Sham组对比,OVX组的Beclin 1、LC3B、P62的m RNA水平明显升高,差异均有统计学意义(P<0.001,P<0.001,P<0.001),Runx-2的m RNA水平下降,差异有统计学意义(P<0.001);PEMF组的Beclin 1、LC3B、P62的m RNA水平较OVX组显著降低,差异均有统计学意义(P<0.001,P<0.001,P<0.01),Runx-2的m RNA水平则升高,差异有统计学意义(P<0.001)。6.蛋白表达水平:OVX组的Beclin 1、LC3Ⅱ/Ⅰ和P62的蛋白表达水平明显高于Sham组,差异均有统计学意义(P<0.001,P<0.01,P<0.001),Runx-2蛋白表达水平降低,差异有统计学意义(P<0.001);与OVX组对比,PEMF组中的Beclin 1、LC3Ⅱ/Ⅰ和P62的蛋白表达水平显著下降,差异均有统计学意义(P<0.01,P<0.05,P<0.01),Runx-2的蛋白表达水平增加,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:脉冲电磁场可能通过抑制骨髓间充质干细胞自噬的机制,促进骨形成,发挥抗骨质疏松的作用。

关键词： 变电站   数据中心   共站建设   环境电磁场  

摘要： 国家“十四五”规划中指出要在未来的五到十年间建设若干数据中心集群。但高耗能、占地面积大的特点限制了数据中心的快速增长,为了解决这一问题国家电网有限公司提出将数据中心与变电站共站建设。但该模式同时也带来了另一问题,即变电站复杂的电磁环境会对数据中心造成严重的影响。目前关于变电站与数据中心共站时的环境电磁场研究较少,缺乏对多个影响因素综合考量的分析。本文分析了变电站内不同电磁骚扰源对数据中心的影响,建立了多个电磁影响分析模型,并提出了相应的布局建议和电磁防护措施。本研究的主要内容如下:(1)确定了变电站对共站数据中心影响较大的电磁骚扰源,分析了主要电磁骚扰源的计算方法。根据数据中心与变电站共站环境的特点,分析了不同骚扰源对数据中心的耦合途径。针对工频电磁场,雷电,入地故障电流三个主要的干扰源,分析了其计算方法,为全文提供了理论基础。(2)针对变电站工频电磁场对共站数据中心的电磁影响,分析了变电站内工频电磁场的分布规律,给出了相应的布局建议。以220kV全户内变电站为例,建立了全站有限元分析模型,计算了变电站内工频电场与工频磁场的分布情况,并以此对现有融合设计规范下共站数据中心的电磁安全进行了评估。最后,研究了不同距离处,数据中心受到的工频磁场的干扰程度,提出了优化布局建议,以节约土地资源和建设成本。(3)针对雷电侵入对数据中心的电磁影响,分析了雷击时数据中心内部电磁场的分布情况和雷电波侵入时电压、电流的变化情况,并据此提出了相应的防护措施。对于雷击数据中心外部防雷系统,建立了相应的电磁场分析模型,分析了数据中心内部电磁场的分布规律,从而提出数据中心敏感设备的布局建议。对于雷电波侵入,建立了共站区域内主要设备的暂态仿真模型,分析了不同防雷措施下的暂态过电压和过电流规律,并根据结果提出了相应的防雷措施。(4)针对入地故障电流对共站区域接地系统的电磁影响,研究了入地故障电流产生的地电位升对人员安全和通信电缆的干扰。可以通过改变地网的相关参数来降低这些影响。因此本文通过建立电磁场数值仿真模型研究了地网的不同连接方式、不同结构参数和这些不良影响之间的关系。计算结果能够为数据中心与变电站共站区域接地系统布局和线缆敷设提供指导。

关键词： Finslerian-Schwarzschild黑洞   标量场扰动   电磁场扰动   似正规模   拖尾  

摘要： 作为广义相对论（General Relativity,GR）的重要预言之一,黑洞已经引起物理学家们的广泛关注,并得到了天文学观测的验证。目前,引力波、事件视界望远镜等对黑洞的观测已经进入较精细的阶段。由于黑洞具有极强的引力,导致光线也不能从其事件视界逃脱。因此,对黑洞的研究成为检验广义相对论在强引力场中正确性的重要研究领域。黑洞扰动是研究黑洞物理性质的方法之一。人们利用数值方法研究黑洞扰动,从而分析黑洞的稳定性。黑洞的扰动主要经历初始波爆发阶段（Initial Burst）、似正规模（Quasinormal Modes,QNMs）阶段和晚期拖尾（Late-time Tails）三个阶段。似正规模阶段可以得出黑洞扰动的特征频率,该频率被称为黑洞的特征信号。因此,研究黑洞的扰动对我们分析黑洞的内禀性质具有重要作用。目前,为了统一广义相对论与标准量子场理论,大量的修改引力理论被提出,如f（R）引力理论、Gauss-Bonnet引力理论、额外维理论等。这些理论的几何背景都基于Riemann几何。Finsler几何是Riemann几何的自然推广。陈省身教授指出Finsler几何是没有二次型限制的Riemann几何。因此,研究Finslerian黑洞的似正规模来探索Finsler引力理论与广义相对论或修改引力理论是有意义的。本文首先对Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场扰动和电磁场扰动进行了研究。根据Finslerian-Schwarzschild黑洞解,我们利用Finslerian-Laplace算符和Finslerian-散度算符分别求解了Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场和电磁场扰动的运动方程。我们发现,Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场和电磁场扰动的角向分量与Riemann几何背景时空中黑洞扰动的角向分量函数是不同的。Finslerian-Schwarzschild黑洞的电磁场轴向扰动和极向扰动的表现是不同的,这体现了轴向扰动和极向扰动在角向分量的本征值的差异。研究黑洞扰动主要讨论径向扰动函数。但是,角向扰动函数的本征值对径向方程有直接影响。通过分析标量场和电磁场扰动的本征值,当l=0和l=1且m=0时,Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场扰动和电磁场极向扰动退回到Schwarzschild黑洞解。通过分析有效标量势能和有效电磁势能,我们发现影响Finslerian-Schwarzschild黑洞似正规模的参数主要有Finslerian参数?2、角量子数l和磁量子数m。我们利用更高精度的六阶WKB近似法研究Finslerian-Schwarzschild黑洞似正规模的频率。我们发现,随着?2增大,标量场和电磁场扰动的频率的实部R e（?0）都在减小,标量场扰动的频率的虚部I m（?0）的绝对值在增大,而电磁场的轴向和极向扰动的频率的虚部I m（?0）的绝对值在减小。这表明Finslerian参数的变化对似正规模频率具有较大影响。类似于Kerr黑洞,Finslerian-Schwarzschild黑洞的球对称破缺会引起似正规模频率发生类Zeeman分裂。利用WKB近似法得出的数值结果与理论分析一致,其主要依赖于m2的变化。利用有限差分法,我们也研究了Finslerian-Schwarzschild黑洞的动力学演化。从动力学演化图像可以发现,随着?2的增加,标量场和电磁场扰动的振荡周期均增大。这说明,随着?2的增加,似正规模频率的实部R e（?0）减小了。振荡峰值的衰减速度变化不明显。因此,Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场和电磁场扰动的动力学演化与WKB近似法得出的数值频率的变化是一致的。Finslerian-Schwarzschild黑洞与Schwarzschild黑洞在渐近无穷远处的表现行为不同,体现在黑洞扰动的晚期拖尾上。因此,我们利用Green函数分析Finslerian-Schwarzschild黑洞标量场扰动和电磁场扰动的拖尾。我们发现,当?2从0向其他值变化时,Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场和电磁场扰动的拖尾都存在一个不连续的跃变。随着?2的增大,Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场和电磁场扰动的拖尾的衰减在减慢。这说明Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场和电磁场扰动的拖尾比Schwarzschild黑洞的拖尾衰减的慢。改变?2,Finslerian-Schwarzschild黑洞的标量场和电磁场扰动的拖尾没有出现增大现象。由于黑洞的稳定性与有效势能函数有直接关联,如果有效势能函数恒为正,则黑洞是稳定的。因此,当?2（