金属槽电场分布研究与均匀电场中介质圆柱体的静电场分析.doc

实验报告 课程名称： 工程电磁场与波 指导老师： xxx 成绩： 实验名称： 仿真实验 实验类型： 探究学习 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得. 一、金属槽电场分布研究 一、实验目的和要求（必填） 1.研究金属槽的静电场分布 2.进一步加强掌握基于pdetool仿真的静电场分析方法 3.深化对静电场边值问题、介质参数等知识点的理解 二、实验内容和原理（必填） 2-14：设一个长直接接地金属槽，如图 3－7 所示，其侧壁和低面电位为零，顶盖电位为?=?msin(π/a*x)，求槽内的电位分布。 三、主要仪器设备（必填） MATLAB中PDETOOL组件 四、操作方法和实验；五、实验数据记录和处理 解题思路： ▽2?=0 且满足边界条件： ?| ?msin(π/a*x) ?|下=0 ?|左=0 ?|右=0 本题运用 MATLAB 的偏微分方程工具箱（PDE Toolbox）进行数值求解。在命令窗口中输入命令pdetool，打开 PDE 图形用户界面，计算步骤为： （1）网格设置：选择菜单 Options 下的 Grid 和 Grid Spacing，将 X-axi s linear Spacings 设置为［0：0.2：1.2］，Y-axis linear Spacings设置为［0：0.1：0.6］。 （2）区域设置：首先在option中Grid（网格）Snap（吸附到格点）使用 按键），画矩形框。 （3）应用模式设置：在工具条中单击 Generic Scalar 下拉列表框，选择 Electrostatics（静电学）应用模式。 （4）输入边界条件：进入 Boundary Mode 或按，输入： 1、左边界：Diriehlet条件：h＝1，r＝0。 2、右边界：Diriehlet条件：h＝1，r＝0。 3、上边界：Dirichlet条件：h＝1，r＝100*sin(pi*x)。 4、下边界：Dirichlet条件：h＝1，r＝0。 （5）方程参数设定：点击打开PDE Spacification对话框，设介电常数epsilon为 1，体电荷密度rho为 0。 （6）网格剖分：点击按钮或选择菜单Initializc Mesh，需加密网格可重复单击。 （7）图形解显示参数设置：点击菜单Plot下的Parameter或按，在Plot Selection对话框中选择Arrows，Contour和Plot in x-y grid三项，并在Contour plot levels设置等位线条数为15，选择合适的Colormap参数，点击plot按钮画出电位的等位线和电场线分布图。 显示内容设置为： 实验所得图像为： 本题是混合边值问题，只要用 MATLAB 的偏微分方程工具箱按相应的边值条件输入就能得到结果图。而对有限差分法来说，则需要根据不同的边界条件，对程序作相应的修改。 用颜色表示的电磁场电位 3D表示的电位分布 3D表示的电场强度分布 六、实验结果与分析（必填） 从上图结果分析可以看出pdetool分析的上极板电位分布为?=?msin(π/a*x)，我们取a=1，则有?=?msin(πx)，于是在x=0到1的上极板坐标范围内，只有半个周期的电位，是关于中心对称的，于是我们可以看到一个轴对称的图像。 七、讨论、心得 通过这个简单的实验，我学会了简单的利用pdetool分析电磁场的方法和过程，也对理论课的学习有了更深的体会，从而达到了实践与理论结合的目的。 二、均匀电场中介质圆柱体的静电场分析 实验目的和要求（必填） 1.研究均匀电场中介质圆柱体的静电场分布 2.进一步加强掌握基于ANSYS仿真的静电场分析方法 3.进一步加强掌握基于pdetool仿真的静电场分析方法 4.深化对静电场边值问题、介质参数等知识点的理解 二、实验内容和原理（必填） 【实验内容】： 2-15 ?一板间距离为d=1 cm的平行板电容器，其中的介质(介电常数为 e2 = 9e0的玻璃)内存在圆柱形气泡，气泡直径为2r = 1 mm，如题2-15图所示。已知玻璃和空气的击穿场强分别为15′103 kV/m和3′103 kV/m。