基于ComsolMultiphy_省略_ics的带电荷球体的电场分布研究_刘延东

电磁 comsol

··１４２科技论坛基于ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ的带电荷球体的电场分布研究

刘延东董德帅

（辽宁大学轻型产业学院，辽宁沈阳110136）

摘要：本文介绍了一种基于ComsolMultiphysics软件的工程电磁场仿真方法。以带电荷球体的电场分布为例。理论推导出带电荷球体的电场分布。在此基础之上，应用ComsolMultiphysics软件仿真了电场分布情况。验证了推导过程的准确性，并证明了ComsolMultiphysics软件在工程电磁场领域仿真的合理性。

关键词：工程电磁场；高斯定理；ComsolMultiphysics软

件

Abstract：ThispaperdescribestheengineeringelectromagneticsimulationmethodbasedonComsolMultiphysicssoftware.Forexample,thechargedsphereistheelectricfielddistribution.Onthisbasis,simulatinganelectricfielddistributionuseComsolMultiphysics.Verifytheaccuracyofthederivationprocess,andprovethereasonablenessofengineeringelectromagneticfieldsimulationbyComsolMultiphysics.

Keywords：engineeringelectromagneticfield；Gausstheorem；ComsolMultiphysicssoftware

［１］表１电场强度数据对比工程电磁场理论是电气信息科学学生学习的重点和难点。应

用ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ仿真软件，可使抽象的电磁场理论形象化， m 0.1 0.2 0.05 ［２］［３］其具有计算精度高，便于理解。操作简单等特点。本文以带电荷球

体的电场分布为例。理论推导出带电荷球体的电场分布。在此基础 V/m 1.882e+009 3.764e+009 9.411e+008 之上，应用ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ软件仿真了电场分布情况。证明了 V/m 3.777E9 9.416E8 1.884E9 ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ软件，对于工程电磁场仿真的便捷性，快速性和

准确性。 １带电荷球体电场分布的理论推导（２）

由位函数带入静电场电场强度计算公 则（２）式即为给定一般的体电荷密度函数 (r’)条件下，计算电 式［４］［５］E(r) (r)，得场强度E分布的基本公式。在自由空间中，可得带电荷球体的电场

分布为， r ,r a 3Á（１）E Â a ,r a 因， r3 Á 1 1 1（３）又有 (1) e( e( e( 为体电荷式中ａ为球体半径，ｒ为球心到电场分布处的距离，R xR yR zR

可得 Á密度，为真空介电常数。由式（３）即可得自由空间中电场分布情

况。即，２基于ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ仿真带电荷球体的电场分布

使用Ｃｏｍｓｏｌｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ软件对其进行仿真。打开航视图的窗

口，选择“３Ｄ静态电”模块，做带电荷球体的电场分布仿真。首先，完

成几何模型的建立。利用绘图工具分别画出半径为０．１ｍ的球和边

长为０．５ｍ的正方形。其次进行求解域和边界的设定，球体的带电荷

量为１C

/mÁ，内部边界为连续，外部边界为电绝缘。然后进行划分

网格，可选用工具栏下面的图标直接进行划分。最后进行求解计算。

［６］图１即为求解后的带电荷球体的电场分布情况。图２为沿球心方

向电场强度的变化曲线。符合理论的推导。

３结论

由公式（３）理论计算，分别计算带电荷球体内，上，外的电场强度

值。并通过Ｃｏｍｓｏｌ的数据提取功能，分别提取３点处的电场强度图１带电荷球体的电场分布值，如数据对比表１所示。

由表１数据对比可得，ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ仿真具有较高的精

度，适合工程电磁场的仿真学习。也验证了理论推导的准确性。

参考文献

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[5]倪光正.工程电磁场原理（第二版）.

[6]苏亮,宋志平,王宝寿.基于COMSOL的气液两相流空隙率研究[J].

船舶力学2013,17(8):859-862.图２由Ｃｏｍｓｏｌ电场强度变化曲线

作者简介：刘延东（1988-），男，辽宁沈阳人，硕士，实验员，主要研究方向：电磁层析成像。