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:
(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:
(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
:
(4246) 其中
、
和
为局部坐标单位矢量,为方便起见,可以忽略:
(4247) 每个矢量分量都有自己的幅值和相位:
(4248) 使用矩阵矢量表示法, 可以用其幅值和相位矢量来表示:
(4249) 其中 表示哈达玛积,幅值 和相位 如下:
(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:
(4244 4251) 电势 和 可以用其复相量表示 和 写为:
(4252) 其中, 是虚数单位,由 定义, 和 是复幅值。
的时间导数则为:
(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:
(4254) (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:
(4256) 或以极坐标形式表示如下:
(4257) 其中,,,,。
同样,复电势本身也可以按实部和虚部表示如下:
(4258) 其极坐标形式如下:
(4259) 电流密度源是时间谐波矢量,可以表示为复量的实部
(4260) 其中
(4261) 可以进一步扩展如下
(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:
(4263) 在低频,可以将磁导率假设为实量。Eqn. (4254) 然后采用一般式:
(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。
(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:
(4266) 同样,Eqn. (4255) 的实部和虚部采用一般式:
(4267) 复磁通量密度 和磁场 的计算方法为:
(4268) 复电场 和总电流密度 为:
(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:
(4270) 其中,总电流密度垂直于 2D 域:
(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: