Введение к работе
Актуальность темы. Задача математического моделирования высокочастотных электромагнитных полей (от 150МГц и выше) внутри помещений имеет важное значение в решении проблем электромагнитной (ЭМС) и био-электромагнитной (био-ЭМС) совместимости технических и биологических систем. Высокочастотные излучаемые помехи мешают нормальному функционированию оборудования и машин, оказывают влияние на биологические системы, а их подавление приводит к цополнительному потреблению первичных эпергоресурсов. Компьютерное моделирование ЭМС и био-ЭМС внутри жилых комнат и промышленных помещений может заменить непосредственные измерения, требующие эольших временных и материальных затрат. Поскольку такие измерения не всегда возможны в связи с недоступностью исследуемого объекта, вычислительный эксперимент [1] во многих случаях является единственно зозможным методом решения задач моделирования ЭМС и био-ЭМС.
При численном решении уравнений электромагнитного поля возникают грудности, связанные с постановкой краевых условий за внешней границей ;тен помещения, в открытой области, где напряженность поля, вообще "оворя, неизвестна. Большинство из существующих методик не обеспечивают высокой точности решения, если граница расчетной области находится близко к исследуемому объекту [2]. Их использование !атрудняется явлениями неустойчивости обусловленными высоким торядком дифференциальных уравнений описывающих граничные условия :Уществуюпще методики не обеспечивают полного отсутствия отражения от раницы, а присутствие многослойных поглощающих материалов {ормирующих границу, увеличивает размеры расчетной области [3].
Таким образом, актуальна задача создания методик построения раничных условий для уравнений электромагнитного поля на бесконечности, позволяющих свести к минимуму указанные недостатки. В )аботе основное внимание уделяется разработке локальных итерационных методов постановки граничных условий для уравнений электромагнитного юля, обеспечивающих высокую точность решения даже в том случае, когда -раница находится на близком расстоянии от исследуемого объекта. Задача )егаается для монохроматических нолей, в том числе с использованием юглощающих идеально согласованных слоев (ИСС) [3].
Цель работы. Разработка математической модели, программного юмплекса и проведение расчетов для решения задач численного юделирования монохроматических высокочастотных электромагнитных юлей внутри помещений и их биологического воздействия.
Метод исследования. Вычислительный эксперимент, основанный н применении конечно-разностных методов.
Научная новизна.
-
Разработан новый итерационный алгоритм постановки краевых-уеловиі который не требует специальных уравнений и обеспечивает высоку! точность решения, даже если граничные условия ставятся на расстоянии о исследуемого объекта, значительно меньшем, чем при применении други известных методик.
-
Разработанная итерационная методика построения граничных услови! применена совместно с идеально согласованными поглощающими слоями что позволило повысить точность расчетов.
-
Предложенные математическая модель и вычислительные алгоритм! реализованы в программном комплексе. С их помощью проведен! исследование воздействия электромагнитных полей на биологически объекты и получены новые результаты для ряда задач о распределешя монохроматических высокочастотных электромагнитных полей внутр) замкнутых объемов.
Практическая ценность. Разработанные вычислительные алгоритмы i созданный на их основе программный комплекс можно использовать дш компьютерного моделирования ЭМС и био-ЭМС внутри жилых комнат i промышленных помещений, заменяя непосредственные измерение высокочастотных электромагнитных полей в условиях недоступност! исследуемых объектов. Полученные в диссертации результаты расчетої могут быть использованы для получения оценок электромагнитно! безопасности приборов и устройств, излучающих электромагнитные волны.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались i обсуждались на совместном семинаре ИММ РАН и кафедрь математического моделирования МФТИ под руководством Е.И.Леванова, ні научно-технической конференции «ЭМС и безопасность» (Москва, 1998г.) на семинарах в Шведском национальном институте испытаний i исследований (Борос, Швеция, 1999г.), в Инженерной школе Йончепингскоп университета (Иончепшг, Швеция, 1999г.), в филиале по микроволновые системам компании Эрикссон (Борос, Швеция, 1999г.), в Центр( промышленной микроэлектроники (Линчепинг, Швеция, 1999г.) н; Всемирном электротехническом конгрессе (ВЭЖ-99 Москва, 1999г), ш конференции «Критические технологии в регионах с недостатком природны> ресурсов» (Саранск, 1999 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в t. работах, список которых приведен в конце реферата.