2维圆柱坐标系中的推迟时间算法

发布时间：2021-07-21 13:02

　　中期高空电磁脉冲环境模拟需要在2维平面上和大于100 km的空间范围内进行,难以利用普通差分法进行模拟计算。本文从麦克斯韦方程出发,在圆柱坐标系下,推导了2维推迟时间方法的基本方程;利用PETSc专业工具包,给出了横磁模推迟时间隐式-显式混合算法的并行求解过程。采用电偶极子算例验证了2维推迟时间方法的正确性,并开展了大空域电磁脉冲横磁模算例的数值模拟,空间步长可取500 m以上,可计算的空间范围为130 km×100 km。 

【文章来源】：现代应用物理. 2020,11(03)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

2维圆柱坐标系

横磁模在圆柱坐标系内的网格如图2所示。其中Eρ(i,j), Jp(i,j)在图中“ ▲ ”位置,在ρ方向位于半网格点,在z方向位于整网格点; Ez(i,j), Jz(i,j)在图中“◆”位置,在ρ方向位于整网格点,在z方向位于半网格点; Hφ(i,j)在图中“○”位置,在ρ方向和z方向都位于半网格点。电场和磁场均位于整时间k时刻。用Δρ, Δz分别表示ρ,z方向的空间间隔;用Δτ表示时间间隔;电流密度和电导率位于 k-1 2 时刻。在图2中 ( i+1 2 ,j) 位置, k-1 2 时刻, 对式(7)进行差分离散,可得

其中, τ0=50 ns; t0=τ0。在圆柱坐标系下,位于z轴上的电偶极矩辐射场具有解析解。用解析方法和推迟时间方法求得距离电偶极子轴心30 m位置处的横向电场强度Eθ随时间的变化关系如图3所示。由图3可见,推迟时间方法所得结果与解析结果基本一致,但在某些位置由于边界反射会产生一定的差别。4 大空域电磁脉冲环境模拟

【参考文献】：
期刊论文
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[3]确定高空电磁脉冲标准波形参数的频域方法[J]. 程引会,马良,李进玺,吴伟,赵墨,郭景海.  现代应用物理. 2014(02)
[4]高空核爆电磁脉冲穿透电离层数值计算[J]. 程引会,马良,周辉,吴伟,李进玺,李宝忠.  强激光与粒子束. 2011(02)



本文编号：3295071