導(dǎo)電媒質(zhì)中三維似穩(wěn)瞬態(tài)電磁場(chǎng)的FDTD數(shù)值模擬.pdf

1、傳統(tǒng)的電磁場(chǎng)理論，著重研究的是電磁波隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的穩(wěn)態(tài)場(chǎng)，即時(shí)諧場(chǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)，研究時(shí)諧場(chǎng)的理論和實(shí)驗(yàn)方法已相當(dāng)成熟。近些年來(lái)，對(duì)于與電磁脈沖有關(guān)的瞬變電磁場(chǎng)的傳播規(guī)律的研究已引起了人們極大的重視。其中，導(dǎo)電媒質(zhì)中似穩(wěn)瞬態(tài)電磁場(chǎng)的研究是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，在地球物理勘探中有著重要的應(yīng)用。 三維數(shù)值模擬是研究瞬變電磁場(chǎng)在導(dǎo)電媒質(zhì)大地中傳播特性的重要手段。本文的工作就在于實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)的時(shí)域有限差分模擬。由于用于地球物理探測(cè)的場(chǎng)的

2、似穩(wěn)場(chǎng)性質(zhì)，Maxwell方程組的磁場(chǎng)旋度方程不能構(gòu)成顯式的時(shí)間遞推迭代公式，為此引入了虛擬位移電流。此虛擬位移電流的取值必須保證算法的穩(wěn)定性和傳導(dǎo)電流占主導(dǎo)地位。但是場(chǎng)的似穩(wěn)性質(zhì)又可使求解區(qū)域壓縮到地而上方一個(gè)網(wǎng)格處，大大減小了對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量的要求，加快了計(jì)算速度。在源的處理方面，本文在前人工作的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了激勵(lì)源的加入方式。通過(guò)將修正后的線(xiàn)性階躍脈沖直接注入到FDTD公式中，進(jìn)行迭代計(jì)算產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。用此FDTD算法模擬均勻

3、半空中不同電阻率的情況，將其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和回線(xiàn)源解析解的結(jié)果做比較，得到的誤差滿(mǎn)足實(shí)際工程探測(cè)的要求，驗(yàn)證了這種對(duì)源的處理方法和FDTD程序是正確的。 進(jìn)一步地，本文編制的三維FDTD程序又與磁偶極源的均勻半空間模型，回線(xiàn)源含目標(biāo)體的均勻半空間模型和有低阻覆蓋層的含目標(biāo)體的均勻半空間模型響應(yīng)進(jìn)行了比較，取得了一致的計(jì)算結(jié)果。更進(jìn)一步驗(yàn)證了這種FDTD算法的正確性。將激勵(lì)源脈沖注入方式的FDTD算法可以模擬更復(fù)雜的模型，對(duì)不同