基于ANSYS Maxwell的空间电场分布模拟

杨相飞;马俊贵

【摘 要】利用ANSYS Maxwell对温室高压静电场设备产生的电场分布进行仿真模拟,并通过优化设备布线方式得到较为优异的电场环境. 【期刊名称】《农业工程》 【年(卷),期】2017(007)001 【总页数】2页(P42-43)

【关键词】空间电场;ANSYS;电场强度;模拟 【作 者】杨相飞;马俊贵

【作者单位】新疆农业大学机械交通学院,乌鲁木齐830000;新疆农牧机械管理局,乌鲁木齐830052 【正文语种】中 文 【中图分类】TM151

伴随着计算机的发展，有限元软件的发展越来越宽广，目前ANSYS是世界上用量增长最快的有限元软件，也是唯一通过国际质量认证的分析设计软件。ANSYS适用范围广泛，能解决结构、流体、电磁场及碰撞等问题。ANSYS主要包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块[1-2]。

前处理模块为用户提供了一个强大的实体建模和网格划分工具，便于构造有限元模型。分析计算模块包括很多种分析模块，如流体动力学分析、结构分析、压电分析、电磁场分析和声场分析等，还可以模拟多种介质的相互作用情况，具有灵敏度分析

和优化分析能力。后处理模块能将计算结果按不同的表现形式显示出来。本文利用ANSYS软件对空间电场分布进行模拟。

空间电场促生系统是通过在温室内施加一个直流高压静电场，通过电场影响植物的物理特性，以及物理和物理化学在农业生产中的作用来影响改善作物的生长以及产量[3-4]。电场在空间内的分布是否均匀以及分布是否基本可以覆盖温室中可种植区域将直接影响设备在温室中的使用效果。在常规的使用效果分析中发现，靠近温室横向跨度外侧的作物往往没有靠近中间的作物生长旺盛，因此对温室常规布线情况下的电场进行仿真分析，并通过仿真分析提出一个场强分布较为优异的布线方法。 采用ANSYS Maxwell电磁场仿真模拟软件，对温室中的电场进行模拟分析，根据实际温室的尺寸要求，首先对温室纵截面进行二维平面建模，建立的模型如图1，电极线位于温室跨度中心高2 100 mm处，墙体厚度为200 mm。

建立二维模型完成后，对模型材料属性进行定义，如图2所示，其中空气的相对介电常数为1。

材料属性定义结束后，需要对单元进行网格划分(图3)，单元模型为一个不规则的二维平面模型，采取映射分网，关键点为电极线所在点。

模型建立完成后，对所建立的模型施加载荷，仿真分析的温室模型是在40 kV电压下的正向空间电场，因此对地面施加的电压载荷为0 V，即为电场负极，对电极线施加40 kV电压，即为电场正极。

求解即是对模型施加载荷后进行分析运算，然后在后处理中通过图形或图表显示出来。经过后处理后的40 kV电压下的电场强度分布情况如图4所示。

通过仿真分析可以发现，电场在电极线周围呈近似椭圆形分布，且越远离电极线电场强度越低，在电极线正下方近地面电场强度大约为4.2×103 Vm，向两边逐渐减小。空间内电场并不能布满整个温室。结果也验证了常规情况下，温室内作为生长状况往往中间要优于两侧的原因。

根据分析结果，选择同时布设两条平行的施加40 kV电压的电极线，经过多次模拟仿真分析，最终得到一个较为均匀的电场环境。结果如图5所示。 图5中两电极线距离3 500 mm，距离地面2 100 mm，外侧电极线距离横梁300 mm，结果显示近地面绝大部分区域电场强度在4.2×103 Vm。

简述了ANSYS仿真软件的功能，并运用ANSYS Maxwell对40 kV下的高压静电场的场强分布规律进行仿真模拟。结果表明，电极线周围电场以电极线为轴线呈近似椭圆形分布，但不能布满温室的整个跨度空间。利用电场叠加的原理，运用ANSYS Maxwell对电极线布设进行优化，得到较为优异的电场分布。

【相关文献】

[1]刘渝根，冷迪，田资，等.基于ANSYS Maxwell的750 kV自耦变压器直流偏磁仿真[J].高电压技术，2013，39(1)：218-226.

Liu Yugen，Leng Di，Tian Zi，et al.DC bias simulation of 750 kV autotransformer based on ANSYS Maxwell[J].High Voltage Engineering，2013，39(1)：218-226.

[2] 周小伟，蔡斌，陈建军，等.基于ANSYS-Maxwell的电磁阀电磁力特性影响因素分析[J].机电工程技术，2016，45(8)：55-58.

Zhou Xiaowei，Cai Bin，Chen Jianjun，et al.Electromagnetic force effect on the valve characteristic factor based on ANSYS-Maxwell[J].Mechanical & Electrical Engineering Technology，2016，45(8)：55-58.

[3] 康敏，余登苑，柳学平，等.静电场对植物生长的生物效应研究[J].农业工程学报，1998，14(4)：252-254.

[4] 孙玉亭.空间电场技术初探[J].农业技术与装备，2010(5)：37-38.