教学课程资源库 更多>>

关键词： 高压输变电线   工频电磁场   小学生   神经行为功能   成人   健康影响  

摘要： 目的现代生活电气化的程度越来越高，与人们生活密切相关的工频电磁场对人群健康影响的问题也日益受到人们的关注，然而尚没有关于高压线工频电磁场对儿童神经行为功能影响的研究，且超高压输变电线附近居民健康状况的调查也比较缺乏。学校和居民生活区近距离范围内建设有高压线，会引起人们对儿童和自身健康的担忧。本研究分两部分，分别探讨高压输变电线工频电磁场暴露对小学生神经行为功能和成人健康的影响。 方法 1.高压输变电线工频电磁场对小学生神经行为功能的影响 依据现场高压输变电线分布情况和现场工频电磁场电磁辐射强度监测数据，选取距离某500kV高压线94m的小学为观察组研究现场，另一所周边无高压线等电磁辐射源的小学为对照组小学生研究现场，采用整群抽样方法，选择两所小学4～6年级共计437名小学生为研究对象，观察组和对照组小学生各221名和206名。采用工频电磁场场强测试仪现场检测两所小学工频电磁场强度，采用问卷调查小学生基本情况和可能的混杂因素，并采用计算机化神经行为评价系统中文第四版(NES-C4)进行小学生神经行为功能测试。 2.高压输变电线工频电磁场对成人健康的影响 根据现场工频电磁场暴露检测数据，以及居民住宅与某500kV高压输变电线垂直投影水平距离的远近，选取高压线工频电磁场暴露水平不同的居民区为研究现场。以距离500kV高压线20m以内114户居民共294名成人作为观察组，另距高压线100～500m范围内的114户居民共311人作为对照组。现场检测每户住宅门口、客厅和主卧室的工频电磁场强度，采用统一的调查问卷收集居民的人口统计学、社会经济学和生活习惯等基本情况，以及获取家电使用情况、心理因素等其他可能的混杂因素，并对每名研究对象进行血常规、血清电解质检测和心功能检查，采用调查问卷方式对居民的非特异性躯体症状进行评估。 结果 1.在高压输变电线工频电磁场对小学生神经行为功能影响的研究中，观察组所在小学高压线工频电磁场强度明显高于对照区小学（P <0.05）。在控制了可能的混杂因素后，观察组小学生视觉保留测试和目标追踪测试的神经行为能力指数（NAI）得分均低于对照组，差异具有统计学意义（P <0.05）。 2.在高压输变电线工频电磁场对成人健康影响的研究中，观察组居民住宅内外的工频电磁场强度均明显高于对照组（P <0.05）;高压线电磁场的不同暴露水平对成人血压、心率和心电图无明显影响（P>0.05）;观察组出现血小板异常的危险为对照组的2.4倍（OR值95%CI：1.5～3.7）且血清钙离子（Ca2+）水平明显高于对照组（P <0.05）;高压输变电线工频电磁场暴露与居民非特异性躯体症状的发生无明显关联。 结论 1.长期低强度高压输变电线工频电磁场暴露与儿童神经行为功能下降存在关联。 2.长期高压输变电线工频电磁场暴露与成人血小板异常、血清Ca2+升高存在关联。

关键词： 大自然   戴红帽子   电磁场   指挥官   恐怖谷  

摘要： 在自然界,不仅有特殊地形具有吸音作用而导致声学静区的现象,也有特殊自然气候与特殊地形的电磁场形成录放古代声像的传奇,还有异常气候改变声音方向的奥妙……这些种种怪异传奇的现象,被专家们称为"大自然超声像"之谜。

关键词： 震电效应   频散特性   电磁场   数值模拟   微观机制  

摘要： 对于孔隙介质中震电效应的研究,正成为勘探地球物理领域,特别是油气勘探开发领域关注的热点。目前,震电效应的相关研究已取得有意义的成果,但是由于对震电效应微观机理认识不足,尚未形成成熟系统、有普遍指导意义的微观机理与数学描述方法,缺乏岩石储渗特性和电化学参数对震电效应影响的定量描述与物理解释。本文基于毛管模型中渗流场和电流场耦合理论,建立水饱和孔隙介质中的震电方程组,对水饱和孔隙介质中的震电波电磁特性进行定量模拟,定量分析储层参数对震电耦合波的影响;并研究浓差极化和直流电场条件下的震电耦合波传播规律。首先,基于毛管模型的储层岩石电流场和渗流场耦合理论,利用Pride震电理论,建立水饱和孔隙介质中的震电方程组,定量描述了震电耦合波的传播特性。分析表明:随着频率增大,三种震电波波速、衰减常数以及电流密度与固相速度比值的模值增大,震电横波电场模值减小,震电快纵波、慢纵波电场模值增大。频率相同时,震电快纵波波速最大、衰减常数最小;震电慢纵波波速最慢,衰减最大;震电慢纵波电场强度与固相速度比值的模值最大,横波次之,快纵波最小。溶液浓度和阳离子交换量对三种震电波的波速和衰减影响很小;但是随着地层中溶液浓度越大或阳离子交换量越小,三种震电波电场强度、电流与固相速度比值的模值越小,震电快纵波和慢纵波电荷密度与固相速度比值的模值也减小,但是相位几乎都不变。然后,利用离散方法,将存在浓度差的岩石看成多个浓度均匀部分的排列组合,导出岩石宏观参数与浓差极化存在的关系;结合水饱和孔隙介质中震电理论,建立了考虑浓差极化效应的震电耦合波控制方程组,数值模拟了浓差极化、阳离子交换量和孔隙度对震电耦合波的影响规律。结果表明:随着浓度差的增大或阳离子交换量的减小,三种震电波的电场强度与固相速度之比的模值减小。随着孔隙度的增大,震电横波和震电快纵波的电场强度与固相速度之比的模值增大,而震电慢纵波减小。此外,浓差极化方向对震电波电场也有影响;浓差极化与固相运动方向垂直时的电场模值小于平行的状况。最后,从直流电场改变孔隙度角度入手,得到直流电场与孔隙度的数学关系;结合水饱和孔隙介质中的震电理论,建立直流电场和震电效应的数学模型,从理论上阐明了直流电场对震电效应的微观机制。数值模拟表明直流电场对震电横波和震电快纵波的渗流速度和电场强度有增强作用,对震电慢纵波有削弱作用;直流电场强度越大和离供电阴极越远,震电横波和震电慢纵波渗流速度和电场强度越大,震电慢纵波变化恰恰与之相反。同时,随着孔隙度、离子浓度或阳离子交换量的增大,直流电场对震电横波和快纵波渗流速度和电场强度的增幅越小,对慢纵波渗流速度和电场强度的削弱作用越小。此外,由于震电慢纵波衰减大,若只考虑震电横波和快纵波,数值模拟结果可以和现场试验相吻合。

关键词： 三维时域有限差分(3-D FDTD)方法   雷电电磁场   分层土壤   架空线路   雷电感应过电压  

摘要： 雷电是威胁架空线路安全的重要因素,输电线路防雷工程的设计实施需要以对雷电感应过电压特性的理论为前提,为此,需要深入探讨复杂地表情况下雷电回击产生的电磁场,以及输电线路雷电感应过电压的求解方法。目前,雷电电磁场计算中普遍采用的频域近似算法,在精度和适用范围上具有一定局限性,且对于考虑非均匀电参数土壤情况下架空线路雷电感应过电压的算法与理论研究相对较少。针对以上问题,本文取得了如下研究成果： (1)建立了三维直角坐标下求解雷电回击通道周围电磁场的时域有限差分(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)算法,对于非均匀地表的雷电电磁场计算具有良好精度。利用该算法对比检验Coory-Rubstein近似算法的推广公式得到：Delfino时域算法得到的水平电场负峰值误差随土壤电导率的减小而变大,不适用于求解土壤电导率较差(如0.001S/m)且距闪电通道1km以上的水平电场；Shoory算法在上层土壤电导率较大的情况下具有更好的精度；Zhang算法在闪击距离1km范围内具有良好精度,但该算法存在“角度问题”,即仅适用于传播路径垂直于土壤分界面的情形,故C-R推广公式不适用于计算垂直分层土壤情况下的雷电感应过电压。 (2)提出了求解架空输电线路雷电感应过电压的三维FDTD“场-线”一体化数值计算方法,验证了算法具有可靠精度,并实现了不同分层土壤结构下的模拟计算以及空间电磁场分布的动态可视化过程。 (3)对于土壤电导率水平分层的情况,当上层土壤电导率较小时,感应过电压幅值随上层土壤厚度增大而明显增大,工程计算中必须考虑分层土壤的影响；而当上层土壤导电性较好(高于0.1S/m)且厚度超过2米时,计算中只需以上层土壤电参数做均质地表处理。 (4)将传统的“两步走”算法推广至土壤电导率水平分层的情况,结果表明采用二维FDTD方法的“两步走”算法与三维FDTD算法结果高度一致,相对误差均在3%以内；而采用C-R近似公式在一定程度上低估了感应过电压幅值,相对误差随着表层土壤电导率增大而减小,但均不超过10%。 (5)对于土壤电导率垂直分层的情况,即使闪击点周围位于海洋、水塘或田地等高电导率区域,而线路附近存在2m范围以上的低电导率土壤时,就必须考虑混合传播路径对雷电感应过电压的影响；反之,若雷击点附近土壤电导率远小于架空线附近土壤电导率,只有当架空线路附近低阻土壤范围小于30m时才需考虑混合路径的影响,否则在工程计算中可以作简化处理,只需采用线路附近高电导率土壤的电参数估算感应过电压。

关键词： Electromagnetic fields  

摘要： This paper introduces the preparation of the electromagnetic field analysis with APDL language universal program steps and processes , for a typical Boost switch power circuit is given as an example to introduce how to model and post-processing analysis with universal program, The simulation results under ANSYS environment are compared with the simulation results under the MATLAB environment, the simulation results are basically the same in two kinds of different simulation environment, the universal program is an effective analysis method to analysis of the switching power supply electromagnetic field. APDL language has been used in switch power electromagnetic field analysis, one shorten analytical calculation time greatly and improve calculation accuracy, the other shortened the development cycle of the switching power supply and improved work efficiency, with a larger engineering practical significance. © 2014, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research. All rights reserved.

关键词： 有限元分析   电渣熔合   特厚板   温度场   电磁场  

摘要： 随着大型船舶制造及海洋工程建设等装备制造产业的发展，特厚板作为其基础原材料的需求大幅度增加。在国内，一般厚度大于60mm的钢板称之为特厚板。在特厚板的生产过程中，为了保证其质量与性能，需要用轧机进行一定压缩比的轧制。因此，原料坯的质量对特厚板的质量起决定性作用，可以说特厚板技术的关键在于原料坯的制造。纵观国内市场，伴随着巨大的特厚板产能的同时，又由于不能制造大单重特厚原料坯，从而难以生产厚度大于150mm的特厚板。所以，开发新技术，对于生产厚度大于400mm，单重大于40吨的特厚板原料坯具有深远的现实意义。 综合考虑国内外现有的特厚板原料坯的生产方式，宝钢中央研究院决定开拓创新，将电渣熔合技术作为开发新型低成本高质量的特厚板原料坯制造的技术基础。 本文以ANSYS13.0有限元分析软件为平台，对电渣熔合特厚板原料坯的工艺过程进行探索研究。由于该工艺具有多相、多系统集成的复杂性，我们确定以热场、电场为基础，建立工艺生产过程中的温度场、电场模型，选择边界条件，计算体系在不同参数下的温度、电场分布状态。 该研究旨在为新型电渣熔合特厚板原料坯生产提供理论依据，确定工艺流程的关键参数。研究成果对改进工艺方法、指导后续量产建设具有十分重要的意义。主要工作如下： (1)基于ANSYS13.0稳态电流传导和温度场为分析模块，引入时间变量，建立二维模型。探索体系的电场、温度场变化过程，发现在电渣熔合过程中，电极板与铸坯的熔化主次问题并进行深入研究。分析结果表明：该工艺较之于电渣熔铸更为苛刻的边界条件，电极板厚度/熔缝厚度，即填充比对工艺有着的决定性影响。综合考虑熔合过程的效率与稳定性，推荐K的取值在0.5～0.7。 (2)基于ANSYS13.0稳态电流传导和温度场为分析模块，引入时间变量，建立三维精确热场电场耦合模型。研究三维的电场、温度场分布变化，发现渣池局部焦耳热富集现象。该现象会使电渣熔合工艺进行过程出现电极、铸坯熔化不均匀，从而对生产造成不良影响。提出“提高电极长度/铸坯长度的比率”观点，建议增添边界保温措施，改进工艺设计。

关键词： 无功功率   有功功率   直驱   调节能力   平均功率   风电场并网   风电机组   电压控制   电磁场   电场  

摘要： 随着风电比例的日益增长,如中国酒泉地区、新疆哈密地区等风电场群大规模集中接入电网并高电压远距离外送案例的不断增加,风电在电力系统中的"地位"在发生变化,风电对电网的影响已经不可忽视,其中风电场的无功功率/电压控制问题尤为突出,电压控制问题影响着整个区域电力系统的安全稳定性和区域电网的运行经济性。目前市场上流行的风电机组都具备一定的无功调节能力,大多数风电场在其主变低压侧配置了集中型无功功率补偿装置,并实现了风电场的电

关键词： 电磁场增强   光学异常透射   金属亚波长结构阵列   微观表面波模型  

摘要： 本论文针对金属亚波长结构阵列,对其在表面电磁场增强和光学异常透射的机理及相关应用方面进行了研究。 表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering, SERS)可以极大地提高拉曼信号,使单分子探测成为可能,并且其背后蕴藏的物理和化学效应也为基础科学的研究提供了新的方向,因此受到了人们的高度重视。由于SERS信号的增强和样品分子所处位置的电场四次方成正比,因此,SERS的研究始终围绕着微纳结构的电场增强展开。目前,有关微纳结构电场增强大多是利用热点效应,电场增强的区域很小,对样品分子的定位要求很高,在实用中受到了一定限制。本论文提出了微纳阵列结构的大面积场增强现象,降低了样品分子的定位要求,并利用半解析模型对这种现象进行了定量分析和微观物理解释,有利于指导实际应用中的参数优化方向。 本论文在具有二维周期亚波长散射体阵列结构的金属表面观察到了大面积电磁场增强(large-area electromagnetic enhancement, LAEE)现象。利用LAEE效应,得到了约占总面积50%的电场增强区域,降低了在增强光谱应用中对样品分子的定位要求,并提高了总的光谱辐射信号。发现LAEE是金属亚波长周期阵列中普遍存在的现象,并且对不同类型的亚波长散射体(例如,孔或凸起)都表现出相似的场分布。基于微纳阵列中每个散射体处激发的表面波,建立了表面电磁场增强的微观表面波模型,其中表面波是由表面等离激元(surface plasmon polariton,SPP)和准柱面波(quasi-cylindrical wave, QCW)通过特定比例组合而成,称为复合波(hybrid wave, HW)。基于上述微观理论,发现LAEE来源于表面波(SPP和QCW)在金属表面的长程传播以及在相位匹配条件下的相长干涉叠加,这种基于长程传播模式相长干涉的物理机制导致了大面积的场增强效应。通过引入增益介质,补偿表面波在散射体处的散射损耗,增强了表面波共振,从而优化了LAEE的增强因子,获得了高达2000的电场增强因子,这和没有增益介质的情况相比高了一个数量级。 针对有限厚度增益介质层对SPP传播损耗的补偿作用,系统研究了增益层厚度h、增益系数ngain"、波长λ等对损耗补偿的效果以及对SPP模式场分布的影响。实现了在完全补偿传播损耗的同时,在空气-介质界面上仍保持较强的SPP电磁场,保证了传感等相关应用中SPP场与待测物质的相互作用。发现当增益层厚度增大时,由SPP等效折射率虚部Im(nSP)表征的SPP传播损耗先增大,然后才开始下降,通过以下两种相反效果的综合作用对此作出了解释：增益介质层相对空气较大的折射率实部导致的传输损耗增大,以及增益对传输损耗的补偿作用。 基于对LAEE的理论分析,设计参数并加工了实现LAEE的金基底方孔阵列结构。对结构进行了近场测量,并在IX71显微镜基础上搭建光路对结构的反射率进行了测量,验证了大面积电场增强基于表面波共振的物理解释。 光学异常透射(extraordinary optical transmission, EOT)现象是指当光通过亚波长金属孔阵列时,得到的透射率在特定波长位置会比经典的小孔透射理论预言的数值高若干个数量级。EOT一经提出,立刻引起了研究者们对这种现象背后所蕴藏的物理机制的广泛关注,成为表面等离激元光学(plasmonics)进入活跃发展期的标志性事件。目前为止,关于光学异常透射物理机制的各种解释可以分为两大类：宏观Bloch模式解释和微观表面波解释。本论文通过建立微观模型对金属表面孔阵列的表面Bloch模式(surface Bloch mode, SBM)进行描述,进而使EOT的宏观Bloch模式解释和微观表面波解释得到统一。同时,由于建立了物理含义明确的描述SBM的微观理论,实现了利用平整表面支持的表面波来描述SBM,对基于SBM的超材料(metamaterials)的设计具有指导意义。 本论文通过考虑金属孔阵列中各孔激励的HW表面波的多重散射过程,建立了金属孔阵列表面Bloch模式的微观表面波模型(即HW模型)。基于该HW模型,得到了SBM的复传播常数kSBM以及模式场分布的解析描述,为SBM人工界面的设计提供了理论指导,并在金属亚波长孔阵列光学异常透射的宏观SBM解释和微观表面波解释之间建立了联系,指出SBM和EOT是通过入射平面波的水平波矢分量kx的复极点联系在一起的,在复极点位置SBM模式场分布和EOT对应的散射场分布相似,均可表达为各孔激励的HW的赝周期线性叠加。 利用EOT的微观表面波解释,与南京大学金飚兵教授研究组合作,对太赫兹波段、低温超导材料NbN薄膜上矩形孔阵列的EOT现象进行了数值模拟与微观模型

关键词： Bianisotropic particle   Electromagnetic wave   Potential energy  

摘要： In this work, we consider potential energy of recently conceptualized optimal (balanced) bianisotropic particles in electromagnetic fields. The case of non-resonant lossless particles is studied. Knowing the potential energy of optimal bianisotropic particles in the fields of the respective excitations, we find the acting force on the particle in inhomogeneous external fields. It is found that for optimal particles with the balanced values of the polarizabilities the potential energy and acting force are time independent.

关键词： 大型水轮发电机   三维   有限元   电磁场   温度场  

摘要： 随着发电机容量的不断增大,大型乃至巨型水轮发电机的通风散热问题愈发受到国内外学者和工程技术人员的关注。对发电机不同运行工况下的三维涡流-温度耦合场分析研究已成为大型发电机分析和设计必须解决的关键问题之一。据此,本文对大型水轮发电机端部三维涡流、温度及其耦合场进行了系统、深入的研究。主要研究工作与成果如下： 以250MW立轴半伞式水轮发电机为研究对象,对电机端部进行了三维电磁场与温度场的有限元的建模。建模的过程中在保证磁场分布和温升结果正确的前提下,简化了计算模型,为同类工程电磁场问题提供了理论分析的依据。构造了基于动态位φ-A的三维正弦稳态涡流场边值问题。给出了水轮发电机电磁场边界条件,以及等效的媒质特性参数。推导了空载、额定、0.95进相运行工况下发电机的激励源,包括激励电流的大小和初相角。 基于网络矩阵法进行了通风系统的整体计算,给出通风系统的风量和风量分配,确定了本文水轮发电机通风计算模型。基于热传导规律和一般导热微分方程,推导了稳态时三维温度场的导热微分方程。确定了水轮发电机温度场数值分析的边界条件。并推导了发电机的导热系数和定子端部、压指和压板的表面散热系数的计算式。 基于前述的模型和计算方法,利用ANSYS商用软件,本文系统地进行了空载、额定、0.95进相运行工况下水轮发电机端部全三维涡流—温度耦合场数值分析,为水轮发电机端部温升的分析和工程应用提供了可供借鉴的成果。