基于comsol multiphysics无限长圆柱载流导线产生的磁场分布研究

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1、基于ComsolMultiphysics无限长圆柱载流导线产生的磁场分布研究摘要：介绍一种基于ComsolMultiphysics软件的工程电磁场仿真方法。以无限长圆柱载流导线产生的磁场分布为例，在理论计算的基础之上，给出了基于ComsolMultiphysics软件的仿真过程。并对比分析了理论计算值和仿真结果。证明了ComsolMultiphysics软件是一款功能强大，操作简单，计算精度高的工程电磁场仿真软件。关键词：工程电磁场;麦克斯韦方程;安培环路定律;ComsolMultiphysics软件中图分类号：TN911?34文献标识码：A文章编号：10

2、04?373X（2015）02?0009?02Studyondistributionofmagneticfieldproducedbyinfinitelengthcylindercurrent?carryingconductorbasedonComsolMultiphysicsLIUYan?dong，XUZhi?yuan（CollegeofLightIndustry，LiaoningUniversity，Shenyang110136，China）Abstract：Akindofengineeringelectromagneticfieldsimulatio

3、nmethodbasedonComsol6Multiphysicssoftwareisintroducedinthispaper.Takingthemagneticfielddistributionproducedbyinfinitelengthcylindricalcurrent?carryingconductorasanexample，theprocessofsimulationbasedonComsolMultiphysicssoftwareisgivenonthebasisofthetheoreticalcalculation.Thetheoret

4、icalcalculationvaluesandthesimulationresultsarecomparedandanalyzed.TheresultprovesthattheComsolMultiphysicssoftwareisapowerful，simpleandhighcalculationprecisionsimulationsoftwareforengineeringelectromagneticfield.Keywords：engineeringelectromagneticfield;Maxwellequation;amperecircu

5、itlaw;ComsolMultiphysics以麦克斯韦为核心的工程电磁场理论，具有抽象性，难理解的特点[1]。通过仿真软件，可使抽象的电磁场理论形象化，便于理解。ComsolMultiphysics作为一款多物理场仿真软件，与现有的工程电磁场仿真软件如AnsoftMaxwell，IMSTEmpire，FDTD等相比[2]，其具有计算精度高，可耦合其他物理场等特点。本文以无限长圆柱载流导线产生的磁场分布为例，分别进行了理论计算和基于Comsol6Multiphysics软件的仿真计算[3]。并对比分析了计算结果，证明了ComsolMultiphysics

6、软件，对于工程电磁场仿真的便捷性，快速性和准确性[4]。1求长直导线的磁场分布无限长圆柱载流导线产生的磁场理论计算考虑在一根半径为a，轴沿z轴的无限长固体圆柱导线内，流动着具有均匀密度[J=J0azA/m2]的电流，如图1中的横截面所示，由式（1）安培环路定理求各处的磁场[5?6]。<E：＼王芳＼现代电子技术201502＼Image＼22t1.tif>图1无限长固体圆柱导线截面图[cH?dl=SJ?dS]（1）[B=μ0I2πraΦ]（2）此电流分布可视为平行于z轴的无线长细丝导线的叠加，那么考虑到关于z轴的对称性，并从式（2）给出的由一根无线

7、导线产生的磁场的性质出发，可以断定所要求的H只具有仅依赖于r的Φ分量。因此：[H=HΦ（r）aΦ]（3）选择一个以原点为中心，位于xy平面内的圆周闭合路径C，半径为r，由此得到：[cH?dl?=02πH?（r）a??rdφa?=2πrH?（r）]（4）6考虑由C围城的平面，并注意电流仅对r<a存在，得到由该闭合路径包围的电流为：[sJ?dS=r=0r?=02πJ0a??rdrd?az，r≤ar=0a?=02πJ0az?rdrd?az，r>a=J0πr2，r≤aJ0πa2，r>a]（5）　　将式（4）和式（5）代入式（3），得到：[2πrH

8、?=J0πr2，r≤aJ0πa2，r>a]（6）即：[H=J