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闪电脉冲电磁场在地下空间的分布特性

张少卿 吴群

闪电脉冲电磁场在地下空间的分布特性

张少卿, 吴群
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  • 为了研究闪电脉冲电磁场(LEMP)在地下传播的过程与空间分布特性, 本文采用一种改进的时域有限差分法(FDTD)计算了LEMP在整个地下空间的传播过程. 与以往发表的研究只局限在个别观察点的讨论不同, 本文通过计算得到了空间中所有网格位置上的电磁场、时间导数、功率密度和能量密度及它们的峰值, 并将它们按照空间坐标表示在相应的分布彩图中. 发现在靠近地表和远离闪电通道的区域内, LEMP的各个分量同时在平行和垂直地面的两个方向上呈指数型衰减. 其中磁场与水平电场的峰值在整个空间极性统一, 且呈现类双指数形分布. 而垂直电场在地下的峰值分为极性相反的两个区域, 并且靠近闪电通道的区域呈类球状分布. 其他特性参量也有类似以上的空间分布特点. 并且本文通过对不同大地电导率、电容率、放电通道模型和基电流情况的计算, 发现虽然在个别情况下LEMP 在地下空间的数值整体增大, 但整体分布特征并未改变. 即使是在水平或垂直分层大地的情况下, 同一层内部仍然具有相同的分布规律. 甚至是在击中避雷针情况下, LEMP在地下空间的分布特点也仍然未变. 而这些分布规律和特征的发现和利用, 将为地下管线、设备、线缆的电磁防护设计与位置规划提供重要的支持.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-06-04
  • 修回日期:  2012-08-13
  • 刊出日期:  2013-01-05

闪电脉冲电磁场在地下空间的分布特性

  • 1. 哈尔滨工业大学, 电子与信息工程学院, 哈尔滨 150001

摘要: 为了研究闪电脉冲电磁场(LEMP)在地下传播的过程与空间分布特性, 本文采用一种改进的时域有限差分法(FDTD)计算了LEMP在整个地下空间的传播过程. 与以往发表的研究只局限在个别观察点的讨论不同, 本文通过计算得到了空间中所有网格位置上的电磁场、时间导数、功率密度和能量密度及它们的峰值, 并将它们按照空间坐标表示在相应的分布彩图中. 发现在靠近地表和远离闪电通道的区域内, LEMP的各个分量同时在平行和垂直地面的两个方向上呈指数型衰减. 其中磁场与水平电场的峰值在整个空间极性统一, 且呈现类双指数形分布. 而垂直电场在地下的峰值分为极性相反的两个区域, 并且靠近闪电通道的区域呈类球状分布. 其他特性参量也有类似以上的空间分布特点. 并且本文通过对不同大地电导率、电容率、放电通道模型和基电流情况的计算, 发现虽然在个别情况下LEMP 在地下空间的数值整体增大, 但整体分布特征并未改变. 即使是在水平或垂直分层大地的情况下, 同一层内部仍然具有相同的分布规律. 甚至是在击中避雷针情况下, LEMP在地下空间的分布特点也仍然未变. 而这些分布规律和特征的发现和利用, 将为地下管线、设备、线缆的电磁防护设计与位置规划提供重要的支持.

English Abstract

参考文献 (30)

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