工程电磁场数值分析_杜志叶阮江军张亚东文武袁佳歆编著_9787111733867

本书是根据作者多年从事工程电磁场教学和科研工作的经验规划和编写的，体现了电磁场工程问题和可视化仿真的特色。本书系统阐述了工程电磁场数值分析的基本理论和方法，充分考虑本科生的特点，深入浅出地讲述了典型电气工程中所涉及的电磁场问题的建模方法和简化原则、域内控制方程的求解、激励和边界条件的设置，使学生知其然且知其所以然，融会贯通，为进一步学习和研究打下基础。全书共分7章，包括工程电磁场数值分析理论、数值模型、常用数值分析方法、典型问题建模方法、常用软件的应用实践、高级算例及分析方法等。本书可作为高等院校电气工程及其自动化专业、能源动力专业及其他相关专业的高年级本科生和研究生教材，也可作为从事电力电子技术和相关研究的工程技术人员的参考用书。

前言
Preface随着计算机技术的迅速发展，数值计算在深入拓展到各工程、物理学科领域的同时，也进一步扩展到经济、环境和生态等社会学科领域。实践表明，许多以工程经验判断、定性分析为依据的工程设计，现正逐步发展为以计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）技术等定量化的工程优化设计。当应用数值计算方法解决各类物理或者非物理问题时，首先必须建立数学模型，然后才能在此模型的基础上进行实际问题的理论分析和仿真验证。本书是在电磁学理论、电磁场数值方法等系列教科书的基础上，面对工程实际问题，从电磁场数学模型、典型数值方法、常用软件的仿真算例等方面逐步展开，基于案例式教学方法形成的一本教材。希望借此教材，让读者能从抽象的电磁学理论中突围，借助于仿真工具更好地理解电磁场的基本特征；基于图形化的展示方式，避免过去单纯理论学习时的枯燥乏味，提升读者的学习兴趣和效果。回顾电磁学类课程的教学内容，电磁场理论主要包括静电场、静磁场、恒定电场、时变电磁场和电磁波，各个知识点的应用领域也涉及能源动力、电力、电信、遥感和信息传播等领域，分别具有各自显著的特征。近年来新技术的不断出现，电磁场及其分析技术教材涉及的内容也越来越多，范围越来越广。关于电磁场理论、电磁场数值计算方面的教材不下数十种，其中不乏优秀的教材，为电磁场分析技术的研究传播和推广应用发挥了巨大的作用。武汉大学电气工程及其自动化专业采用的《工程电磁场》由杨宪章教授主编，是普通高等教育“十二五”规划教材。近十余年来，该教材一直作为该校电气专业的参考教材。杨教授的教材是一本优秀的理论教材，但随着工程教育的理念不断深入，新工科的发展亟需体现工程教学的内容，需要一本面向电磁场工程问题，可操作性、实践性强的仿真指导教材。从2012年起，武汉大学电气与自动化学院电磁场课程组面临工程电磁场可视化仿真教学的需求，参考国内同类电磁场数值分析教科书，基于案例式教学思想，形成此书雏形，并在本科生教学中试用。经过多年来的更新迭代，不断融入课程组各位教授的教学、科研方面的工程经验，以及学生的学习反馈，最终形成此教材。相比于国内外其他教材的内容，本教材在内容编排上做了诸多改进，其主要特色如下：（1）从工程应用的角度提出电磁场问题及其数值模型。本教材具有鲜明的电气工程特色，坚持以问题对象为目标的编著思路。本教材以电气工程中电能发、输、配、用各个环节中常用的设备所涉及的电磁场问题为对象，依照电磁场本质特征，进行适当分类，按照工程电磁场的问题属性，展开分析，使得不同领域的读者都能够很快找到适合自己的内容，更有针对性地学习和领悟本教材内容，也方便更好地学以致用。（2）突出仿真模型的构建过程细节。对于电磁场仿真技术初学者来说，仿真软件要比深奥的建模理论更容易激发学习兴趣。因此本教材在软件的使用方面由浅入深、步步深入，从简单的模型开始，主要以软件操作为目标，细致地列出了软件操作过程中可能出现的问题，使得初学者完全能够利用本书轻松实现仿真建模的目标。本教材中第5章和第6章的某些案例完全相同，采用不同的软件实现相同的分析目的。通过前期的课堂应用效果来看，本教材后半部分可以说是一个详实的“上机作业指导书”。不需要读者掌握太深的电磁场仿真理论，也能针对具体工程问题，进行电磁场仿真，并能举一反三，便于读者最终掌握仿真案例的原理和分析过程。（3）补充了工程上常用的一些数值方法和MATLAB程序。针对本书所列的典型问题，都给出了仿真程序。对于自编代码实现的计算案例，书中给出了各个步骤的详实解释，并在书后给出了以MATLAB代码编写的仿真程序，方便读者借鉴。（4）基于案例式教学方式编排学习单元。结合编者在电磁分析领域多年的科研经验和总结，在教材中根据工程问题的特征进行分类，分别以电场、磁场、涡流场以及运动电磁场等问题，结合输电线路、绝缘子串、变压器、继电器、电机等设备，凝炼成数个典型案例，由简单到复杂，逐步递进，方便读者有选择性、针对性地学习和参考。工程电磁场数值分析
前言本教材由武汉大学杜志叶教授、阮江军教授、张亚东教授、文武副教授和袁佳歆教授编著，博士生黄菁雯、硕士生何靖萱参与了本书第1章、第6章和第7章中插图的绘制和部分公式的校核。杜志叶教授对全书内容进行了统稿和反复修改。课程组的其他老师也对本教材提出了很多宝贵的建议，在此表示衷心的感谢!由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。编者
二〇二三年五月
于珞珈山

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