《雷電回?fù)綦姶艌鼋Ec計算》是作者在總結(jié)十余年來本單位相關(guān)研究成果并吸收靠前外該領(lǐng)域近期新研究成果的基礎(chǔ)上完成的。
《雷電回?fù)綦姶艌鼋Ec計算》的特點是理論與工程應(yīng)用并重,突出近期新研究成果。其中,雷電通道底部電流的脈沖函數(shù)模型、垂直通道和彎曲通道雷電回?fù)綦姶艌龅慕馕鲇嬎惴椒、地表雷電回(fù)綦姶艌龅慕平馕鲇嬎惴椒、雷電電磁脈沖場的模擬與應(yīng)用等內(nèi)容,都是作者的重要研究成果,搶先發(fā)售以著作形式系統(tǒng)論述。
雷電電磁脈沖(LEMP)是自然界中一種典型的強(qiáng)電磁危害源,尤其是在雷電回?fù)暨^程中,通道中的回?fù)綦娏骺筛哌_(dá)幾十千安甚至上百千安,電流上升率可達(dá)幾萬安每微秒,這種具有快上升時間的回?fù)舸箅娏鲗⒃谕ǖ乐車a(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射,使處在這種瞬變電磁場中的導(dǎo)體上感應(yīng)出較大的感應(yīng)電動勢,進(jìn)而對各類敏感的電子器件或設(shè)備產(chǎn)生威脅,其危害范圍已經(jīng)涉及電力、通信、航空航天等諸多領(lǐng)域。特別是隨著微電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展,高度集成化的電子信息產(chǎn)品在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,其電磁敏感性很高,較弱的電磁場就可能造成損傷或毀壞,使得由雷電電磁脈沖造成的災(zāi)害日益突出,并呈現(xiàn)逐年加劇的趨勢。因此,有關(guān)雷電電磁脈沖的特性、耦合、效應(yīng)和防護(hù)等問題已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點之一,并已取得了不少的成果,尤其是在回?fù)敉ǖ馈⒗纂娏、回(fù)綦姶艌龅确矫娓欠e累了豐富的實測數(shù)據(jù),這些實測結(jié)果為雷電回?fù)綦姶艌龅睦碚撚嬎、環(huán)境模擬和效應(yīng)評估等研究工作提供了良好的數(shù)據(jù)支撐和參考依據(jù)。
本書是在國家自然科學(xué)基金項目(項目編號:51077132、51377171)研究成果的基礎(chǔ)上,經(jīng)過進(jìn)一步的補(bǔ)充、完善而成的,主要針對雷電回?fù)暨^程產(chǎn)生的電磁場特征及其模擬方法展開論述。全書以雷電回?fù)綦姶艌龅睦碚摻!⒔朴嬎、模擬應(yīng)用為主線,在吸收國內(nèi)外雷電回?fù)綦姶艌鼋馕鲇嬎闩c環(huán)境模擬研究最新成果的基礎(chǔ)上,重點闡述了雷電回?fù)綦姶艌龅慕馕龊蛿?shù)值計算方法、地表雷電回?fù)綦姶艌龅慕平馕鲇嬎惴椒ㄒ约袄纂娀負(fù)綦姶艌龅沫h(huán)境模擬技術(shù)等幾個方面。
在雷電回?fù)綦姶艌龅慕馕龊蛿?shù)值計算方法方面,本書闡述了幾種常見的雷電通道底部電流模型和回?fù)艄こ棠P,針對大地為理想?dǎo)體的情況,系統(tǒng)介紹了垂直放電通道雷電回?fù)綦姶艌龅慕馕鲇嬎惴椒,并對雷電回(fù)艄こ棠P偷挠行,垂直通道雷電回(fù)綦姶艌龅牟ㄐ翁卣鳌⒖臻g分布規(guī)律和影響因素等進(jìn)行了討論。在此基礎(chǔ)上,將垂直通道雷電回?fù)綦姶艌龅慕馕鲇嬎惴椒ㄍ茝V應(yīng)用至傾斜甚至隨機(jī)彎曲的雷電回?fù)敉ǖ乐,并對傾斜和彎曲通道所產(chǎn)生的雷電回?fù)綦姶艌鎏卣鬟M(jìn)行了分析。對于有耗大地的情況,闡述了垂直和傾斜通道條件下雷電回?fù)綦姶艌龅臅r域有限差分(FDTD)計算方法,并對其產(chǎn)生的回?fù)綦姶艌鎏卣鬟M(jìn)行了討論。
在雷電回?fù)綦姶艌龅慕平馕鲇嬎惴椒ǚ矫妫緯匀斯ひ椎膶崪y數(shù)據(jù)和雷電回?fù)綦姶艌龅慕馕鲇嬎惴椒榛A(chǔ),分別對近場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)雷電回?fù)綦姶艌雠c通道底部電流波形之間的近似特性進(jìn)行了討論,并分析了回?fù)綦娏鞑ㄐ、回(fù)羲俣葘負(fù)綦姶艌雠c通道底部電流波形之間近似性的影響。尤其是針對回?fù)羲俣鹊扔诠馑贂r的特殊情況,還從理論上對雷電回?fù)綦姶艌雠c通道底部電流波形之間的一致性進(jìn)行了證明。
在雷電回?fù)綦姶艌瞿M與應(yīng)用方面,主要是針對目前有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對絕大多數(shù)的電子設(shè)備或系統(tǒng)缺乏雷電電磁脈沖場環(huán)境模擬和安全性評價要求的現(xiàn)狀,闡述了雷電回?fù)綦妶龊痛艌霏h(huán)境的模擬實現(xiàn)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,對典型電子設(shè)備或系統(tǒng)的雷電電磁脈沖場效應(yīng)試驗方法和結(jié)果進(jìn)行了介紹。
全書共分6章。第2、3、6章由陳亞洲撰寫,第1、4章由萬浩江撰寫,第5章由王曉嘉撰寫。全書由陳亞洲審閱定稿。在本書相關(guān)課題的研究中,作者的研究生們做了大量的試驗研究和圖片制作工作,在此深表感謝。
由于作者的學(xué)識水平和寫作經(jīng)驗有限,書中難免出現(xiàn)錯誤、疏漏和不妥之處,敬請各位讀者批評指正。
第1章 概述
1.1 雷電的形成
1.1.1 雷暴云的起電
1.1.2 雷暴云的放電
1.1.3 雷電電磁脈沖的形成機(jī)理
1.2 雷電的觀測
1.2.1 先導(dǎo)過程的觀測
1.2.2 通道底部電流的測量
1.2.3 電磁場的觀測
1.3 雷電的危害
1.3.1 直擊雷的危害
1.3.2 雷電電磁脈沖的危害
第2章 雷電回?fù)暨^程建模
2.1 雷電通道底部電流的特征參數(shù)
2.1.1 實測雷電流的統(tǒng)計特性
2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雷電流波形
2.2 雷電通道底部電流模型
2.2.1 雙指數(shù)函數(shù)模型
2.2.2 Heidler函數(shù)模型
2.2.3 脈沖函數(shù)模型
2.2.4 其他底部電流函數(shù)模型
2.2.5 底部電流模型的拆分形式
2.3 標(biāo)準(zhǔn)雷電流的拆分?jǐn)M合
2.4 雷電回?fù)裟P?br>2.4.1 回?fù)裟P偷姆诸?br>2.4.2 傳輸電流源類型的工程模型
2.4.3 傳輸線類型的工程模型
第3章 垂直放電通道雷電回?fù)綦姶艌龅挠嬎?br>3.1 麥克斯韋方程組與達(dá)朗貝爾方程
3.1.1 麥克斯韋方程組與勢函數(shù)
3.1.2 洛倫茲規(guī)范與達(dá)朗貝爾方程
3.1.3 洛倫茲規(guī)范下達(dá)朗貝爾方程的解
3.2 垂直通道雷電回?fù)綦姶艌龅慕Ec推導(dǎo)
3.2.1 計算模型
3.2.2 單極子法
3.2.3 偶極子法
3.2.4 單極子法與偶極子法等價性的證明
3.3 幾種回?fù)艄こ棠P陀行缘谋容^
3.3.1 含有δ函數(shù)的積分計算
3.3.2 傳輸電流源類工程模型的電磁場計算
3.3.3 傳輸線類工程模型的電磁場計算
3.3.4 回?fù)艄こ棠P陀行缘谋容^
3.4 回?fù)魠?shù)對垂直通道地面雷電回?fù)綦姶艌龅挠绊?br>3.4.1 通道高度的影響
3.4.2 回?fù)羲俣鹊挠绊?br>3.4.3 回?fù)綦娏鞑ㄐ蔚挠绊?br>3.5 垂直通道空間雷電回?fù)綦姶艌龅挠嬎?br>3.5.1 不同高度處的電磁場比較
3.5.2 不同場區(qū)的電磁場空間分布及其特征
3.5.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定波形產(chǎn)生的空間電磁場
3.6 大地有限電導(dǎo)率對雷電回?fù)綦姶艌龅挠绊?br>3.6.1 時域有限差分方法
3.6.2 單一大地介質(zhì)的影響
3.6.3 大地水平分層的影響
3.6.4 大地垂直分層的影響
第4章 傾斜放電通道雷電回?fù)綦姶艌龅挠嬎?br>4.1 空間任意傾斜偶極子產(chǎn)生的電磁場
4.2 理想大地條件下傾斜通道雷電回?fù)綦姶艌龅慕?br>4.2.1 坐標(biāo)變換法及其適用范圍
4.2.2 基于偶極子法的解析表達(dá)式
4.2.3 解析計算方法的驗證
……
第5章 地表雷電回?fù)綦姶艌龅慕朴嬎?br>第6章 雷電電磁脈沖場模擬與應(yīng)用
參考文獻(xiàn)