地閃回?fù)裘}沖電磁場(chǎng)空間分布規(guī)律研究.pdf

1、閃電脈沖電磁場(chǎng)(LEMP)作為一種全球范圍隨機(jī)發(fā)生的高功率輻射源,能夠?qū)﹄娮与姎庠O(shè)備、輸電線路和通信電纜等造成干擾、故障或損壞。但是因?yàn)槎鄶?shù)與人類日常生活相關(guān)的設(shè)備、線纜和傳感器等都被布置在地表附近空間,所以多數(shù)關(guān)于LEMP的研究都集中在地表附近空間。然而,隨著特高壓輸電網(wǎng)、低空飛行器、巨型建筑和埋地線纜等越來越多的出現(xiàn)在空中和地下,將對(duì)LEMP的研究范圍擴(kuò)展到整個(gè)地上與地下空間就顯得十分必要。另一方面,由于巨大的計(jì)算量和存儲(chǔ)量,現(xiàn)有關(guān)

2、于LEMP的研究都通過對(duì)比個(gè)別離散點(diǎn)上的LEMP波形來推測(cè)其在空間中粗略的分布。而這顯然不能對(duì)LEMP防護(hù)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)制定提供有力的支持。
　　基于以上原因,本文以閃電過程中危害最大的地閃回?fù)鬖EMP為對(duì)象,通過自創(chuàng)的改進(jìn)型時(shí)域有限差分(FDTD)方法,得到了LEMP在整個(gè)空間中各個(gè)特征參量的詳細(xì)分布。并通過計(jì)算多種工程實(shí)用參數(shù)條件下的LEMP空間分布,給出了不同情況下LEMP空間分布的變化特點(diǎn)。較為系統(tǒng)和完整的給出了地閃回?fù)裘}沖電

3、磁場(chǎng)在整個(gè)空間中的分布規(guī)律。
　　首先,本文通過在FDTD程序的時(shí)間步進(jìn)間加入了一種“處理窗”程序,提出了一種高效的改進(jìn)型FDTD方法——PWFDTD算法。與其他方法相比,它避免了計(jì)算所有位置上LEMP各個(gè)參量所需的巨大計(jì)算量和存儲(chǔ)量,能夠方便快速的計(jì)算出整個(gè)空間每個(gè)位置上LEMP的各個(gè)特征參量。這也使得獲取LEMP在全空間中的詳細(xì)分布成為可能。通過對(duì)比PWFDTD方法在不同空間位置上、不同參數(shù)條件下與多種LEMP計(jì)算方法以及實(shí)際

4、測(cè)量的數(shù)據(jù),新算法的計(jì)算精度和準(zhǔn)確性得到了很好的驗(yàn)證。
　　其次,本文通過新的PWFDTD方法計(jì)算得到了LEMP在地閃周圍數(shù)千米范圍內(nèi)每一個(gè)網(wǎng)格上的特征參量,獲得了它們的詳細(xì)空間分布圖。其中的特征參量包含LEMP峰值、電磁場(chǎng)變化率峰值、相應(yīng)功率密度峰值和能量密度的分布,以及LEMP上升時(shí)間T10％-90%(10%極值點(diǎn)至90%極值點(diǎn)的時(shí)間)與電磁場(chǎng)變化率的T10%-90%和T50%-50%(50%極值點(diǎn)至50%極值點(diǎn)的時(shí)間,即脈沖

5、寬度)。通過對(duì)這些特征參量空間分布圖的歸納和抽樣,從多角度對(duì)LEMP在全空間中的分布基本規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)。
　　第三,本文分別討論了工程實(shí)用條件下(多種通道模型、多種底部基電流、多種回?fù)羲俣?、多種大地電參數(shù)、大地水平和垂直分層情況以及起伏大地情況)LEMP各特征參量空間分布的變化。通過對(duì)比這些結(jié)果,本文總結(jié)并給出了每種參數(shù)對(duì)于LEMP空間分布的影響特點(diǎn),比較系統(tǒng)和全面的勾勒出了工程實(shí)際應(yīng)用時(shí)不同情況下LEMP在全空間中分布的變化特性

6、。
　　最后,本文計(jì)算了雷擊建筑物時(shí)整個(gè)周圍空間中每一個(gè)網(wǎng)格上的LEMP,并得出了其各個(gè)特征參量的空間分布規(guī)律。并且通過計(jì)算不同建筑物頂部反射率、不同建筑物底部反射率和不同建筑物高度情況時(shí)的LEMP,討論了LEMP各個(gè)特征參量在周圍空間中分布的變化特點(diǎn)。還給出了導(dǎo)致周圍空間中LEMP各參量增強(qiáng)的主要原因和規(guī)律。
　　文中較為系統(tǒng)和完整的給出了各種情況下LEMP各特征參量在全空間中分布的規(guī)律。這些分布圖與規(guī)律均未在國(guó)內(nèi)外研究中