[发明专利]一种降空间尺度差实现电磁场加速计算的方法

说明书

本发明公开了一种降空间尺度差实现电磁场加速计算的方法，属于微波技术电磁仿真计算领域，包括设定空间模型步骤、设定介质参数步骤、设定微波参数步骤和计算步骤；在设定空间模型步骤中，获取薄壁区域的位置和几何尺寸，用比薄壁区域几何尺寸大的变换光学区域替换薄壁区域；在设定介质参数步骤中，获取薄壁区域的介质参数，并利用变换光学算法计算等效替换薄壁区域的变换光学区域的介质参数；采用FDTD时域有限差分算法或FEM有限元算法进行网格剖分，获取带薄壁区域的物理场分布。本发明的一种降空间尺度差实现电磁场加速计算的方法，能够解决薄壁区域几何尺寸小，剖分困难，网格数量大，计算时间长，占用计算机内存的问题。

技术领域

本发明属于微波技术电磁仿真计算领域，具体地说涉及一种降空间尺度差实现电磁场加速计算的方法。

背景技术

随着微波技术的快速发展，微波器件的应用范围变的越来越广。微波既可以作为信息的载体，在通讯、探测等领域发挥着重要的作用；也可以作为能量的载体，在能量传输、加热等领域被广发的应用，是一种清洁、高效的能源。

例如微波加热相较于传统的加热方式具有高效性、选择性、即时性和环境友好的特点，被广泛应用于食品、化工等行业中。但在微波加热的应用中，微波加热存在着加热不均匀，加热效率低的现象。为了满足相关设计需求，提高微波器件的性能，可以采用电磁仿真软件建立相应的模型，并利用模型参与已有或设想的性能要求进行研究。

在当今微波产品设计过程中，电磁仿真分析具有无法替代的作用和地位。但在仿真计算中，对于模型中区域较小、较薄的区域常常会出现网格难以剖分或网格剖分密度大，造成整个模型计算耗费内存大、计算时间长的情况。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种降空间尺度差实现电磁场加速计算的方法，拟解决现有仿真软件中，薄壁区域几何尺寸小，剖分困难，网格数量大，计算时间长，占用计算机内存等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种降空间尺度差实现电磁场加速计算的方法，包括设定空间模型步骤、设定介质参数步骤和计算步骤；

所述设定空间模型步骤具体如下：

步骤a.设置仿真模型及边界条件；

步骤b.获取薄壁区域的位置和几何尺寸，用比薄壁区域几何尺寸大的变换光学区域替换薄壁区域，设定变换光学区域的位置和几何尺寸；

所述设定介质参数步骤具体如下：

步骤c.获取薄壁区域的介质参数，并利用变换光学算法计算等效替换薄壁区域的变换光学区域的介质参数，设定变换光学区域的介质参数；

步骤d.设定物料区域的介质参数；

步骤e.设定除薄壁区域和变换光学区域之外的区域的介质参数；

所述计算步骤具体如下：

步骤f.采用FDTD时域有限差分算法或FEM有限元算法进行网格剖分，获取带薄壁区域的物理场分布。设置仿真模型包括设定薄壁区域的位置和几何尺寸、设定物料区域的位置和几何尺寸、设定微波馈口的位置和几何尺寸、设定微波溃口处输入的微波参数等；如果存在厚壁区域，我们也可以设定厚壁区域的位置和几何尺寸，用比厚壁区域几何尺寸小的变换光学区域替换厚壁区域，设定变换光学区域的位置和几何尺寸；获取厚壁区域的介质参数，并利用变换光学算法计算等效替换厚壁区域的变换光学区域的介质参数，设定变换光学区域的介质参数；变换光学区域缩小了原来的厚壁区域后，新坐标系下的节点数和单元数比旧坐标系下的少几倍，且计算时间也更快。

进一步的，所述边界条件为带薄壁区域采用开放空间或封闭空间。

进一步的，所述介质参数为介电张量和磁导率张量。

进一步的，所述介质参数为热导率张量、密度和比热容。