对于具有谐波时间依赖性的场,可以方便地使用其复数相量表示计算势。
具有谐波时间依赖性的标量场通常以幅值和相位形式写入。例如,标量势 可以写为:
图 1. EQUATION_DISPLAY (4244 4251)其中 遵循幅值 、角频率 和相位 的余弦定律。
角频率 通过以下方程与频率 相关:
图 2. EQUATION_DISPLAY (4245)同样,具有谐波时间依赖性的矢量场具有时间谐波标量分量。例如,可通过矩阵矢量表示法使用局部坐标分量写入磁场
:
图 3. EQUATION_DISPLAY (4246)其中
、
和
为局部坐标单位矢量,为方便起见,可以忽略:
图 4. EQUATION_DISPLAY (4247)每个矢量分量都有自己的幅值和相位:
图 5. EQUATION_DISPLAY (4248)使用矩阵矢量表示法, 可以用其幅值和相位矢量来表示:
图 6. EQUATION_DISPLAY (4249)其中 表示哈达玛积,幅值 和相位 如下:
图 7. EQUATION_DISPLAY (4250)对于具有谐波时间依赖性的场,可以方便地使用其复相量表示来计算电势。考虑具有单一谐波时间依赖性的电势:
图 8. EQUATION_DISPLAY (4244 4251)电势 和 可以用其复相量表示 和 写为:
图 9. EQUATION_DISPLAY (4252)其中, 是虚数单位,由 定义, 和 是复幅值。
的时间导数则为:
图 10. EQUATION_DISPLAY (4253)通过将电势和时间导数替换为其复数表示,Eqn. (4241) 和 Eqn. (4242) 变为:
图 11. EQUATION_DISPLAY (4254)图 12. EQUATION_DISPLAY (4255)其中, 是用户自定义源, 是用于考虑未求解物理量的用户自定义源(通常为零)。
复幅值 和 可以按其实部和虚部表示如下:
图 13. EQUATION_DISPLAY (4256)或以极坐标形式表示如下:
图 14. EQUATION_DISPLAY (4257)其中,,,,。
同样,复电势本身也可以按实部和虚部表示如下:
图 15. EQUATION_DISPLAY (4258)其极坐标形式如下:
图 16. EQUATION_DISPLAY (4259)电流密度源是时间谐波矢量,可以表示为复量的实部
图 17. EQUATION_DISPLAY (4260)其中
图 18. EQUATION_DISPLAY (4261)可以进一步扩展如下
图 19. EQUATION_DISPLAY (4262)导电率被视为与时间和频率无关的(对称张量)物理量,用于考虑位移电流,可表示如下:
图 20. EQUATION_DISPLAY (4263)在低频,可以将磁导率假设为实量。Eqn. (4254) 然后采用一般式:
图 21. EQUATION_DISPLAY (4264)查看时间谐波复数表示的扩展表达式的实部,可以看出,为了满足微分方程,必须满足这些具有复幅值的方程的实部和虚部。
图 22. EQUATION_DISPLAY (4265)通过使用矢量标识并施加库仑规范 ,Eqn. (4264) 的实部和虚部采用简单一般式:
图 23. EQUATION_DISPLAY (4266)同样,Eqn. (4255) 的实部和虚部采用一般式:
图 24. EQUATION_DISPLAY (4267)复磁通量密度 和磁场 的计算方法为:
图 25. EQUATION_DISPLAY (4268)复电场 和总电流密度 为:
图 26. EQUATION_DISPLAY (4269)电流密度的幅值 也称为峰值。均方根电流密度 表示正弦系统的时间平均电流密度,通过 与 相关。
谐波横向磁势
同样,对于位于由 2D 域定义的平面上的磁场,Eqn. (4243) 可以写为:
图 27. EQUATION_DISPLAY (4270)其中,总电流密度垂直于 2D 域:
图 28. EQUATION_DISPLAY (4271)求解
Simcenter STAR-CCM+ 提供多个谐波平衡模型,这些模型使用有限体积法或有限元法计算复电势。有关为每个模型求解的积分方程的信息,请参见: