前言
Preface隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)值計(jì)算在深入拓展到各工程、物理學(xué)科領(lǐng)域的同時(shí)，也進(jìn)一步擴(kuò)展到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和生態(tài)等社會(huì)學(xué)科領(lǐng)域。實(shí)踐表明，許多以工程經(jīng)驗(yàn)判斷、定性分析為依據(jù)的工程設(shè)計(jì)，現(xiàn)正逐步發(fā)展為以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)等定量化的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)應(yīng)用數(shù)值計(jì)算方法解決各類(lèi)物理或者非物理問(wèn)題時(shí)，首先必須建立數(shù)學(xué)模型，然后才能在此模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題的理論分析和仿真驗(yàn)證。本書(shū)是在電磁學(xué)理論、電磁場(chǎng)數(shù)值方法等系列教科書(shū)的基礎(chǔ)上，面對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題，從電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型、典型數(shù)值方法、常用軟件的仿真算例等方面逐步展開(kāi)，基于案例式教學(xué)方法形成的一本教材。希望借此教材，讓讀者能從抽象的電磁學(xué)理論中突圍，借助于仿真工具更好地理解電磁場(chǎng)的基本特征；基于圖形化的展示方式，避免過(guò)去單純理論學(xué)習(xí)時(shí)的枯燥乏味，提升讀者的學(xué)習(xí)興趣和效果。回顧電磁學(xué)類(lèi)課程的教學(xué)內(nèi)容，電磁場(chǎng)理論主要包括靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、時(shí)變電磁場(chǎng)和電磁波，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域也涉及能源動(dòng)力、電力、電信、遙感和信息傳播等領(lǐng)域，分別具有各自顯著的特征。近年來(lái)新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，電磁場(chǎng)及其分析技術(shù)教材涉及的內(nèi)容也越來(lái)越多，范圍越來(lái)越廣。關(guān)于電磁場(chǎng)理論、電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方面的教材不下數(shù)十種，其中不乏優(yōu)秀的教材，為電磁場(chǎng)分析技術(shù)的研究傳播和推廣應(yīng)用發(fā)揮了巨大的作用。武漢大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)采用的《工程電磁場(chǎng)》由楊憲章教授主編，是普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材。近十余年來(lái)，該教材一直作為該校電氣專(zhuān)業(yè)的參考教材。楊教授的教材是一本優(yōu)秀的理論教材，但隨著工程教育的理念不斷深入，新工科的發(fā)展亟需體現(xiàn)工程教學(xué)的內(nèi)容，需要一本面向電磁場(chǎng)工程問(wèn)題，可操作性、實(shí)踐性強(qiáng)的仿真指導(dǎo)教材。從2012年起，武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院電磁場(chǎng)課程組面臨工程電磁場(chǎng)可視化仿真教學(xué)的需求，參考國(guó)內(nèi)同類(lèi)電磁場(chǎng)數(shù)值分析教科書(shū)，基于案例式教學(xué)思想，形成此書(shū)雛形，并在本科生教學(xué)中試用。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的更新迭代，不斷融入課程組各位教授的教學(xué)、科研方面的工程經(jīng)驗(yàn)，以及學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，最終形成此教材。相比于國(guó)內(nèi)外其他教材的內(nèi)容，本教材在內(nèi)容編排上做了諸多改進(jìn)，其主要特色如下：（1）從工程應(yīng)用的角度提出電磁場(chǎng)問(wèn)題及其數(shù)值模型。本教材具有鮮明的電氣工程特色，堅(jiān)持以問(wèn)題對(duì)象為目標(biāo)的編著思路。本教材以電氣工程中電能發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)中常用的設(shè)備所涉及的電磁場(chǎng)問(wèn)題為對(duì)象，依照電磁場(chǎng)本質(zhì)特征，進(jìn)行適當(dāng)分類(lèi)，按照工程電磁場(chǎng)的問(wèn)題屬性，展開(kāi)分析，使得不同領(lǐng)域的讀者都能夠很快找到適合自己的內(nèi)容，更有針對(duì)性地學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟本教材內(nèi)容，也方便更好地學(xué)以致用。（2）突出仿真模型的構(gòu)建過(guò)程細(xì)節(jié)。對(duì)于電磁場(chǎng)仿真技術(shù)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，仿真軟件要比深?yuàn)W的建模理論更容易激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。因此本教材在軟件的使用方面由淺入深、步步深入，從簡(jiǎn)單的模型開(kāi)始，主要以軟件操作為目標(biāo)，細(xì)致地列出了軟件操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，使得初學(xué)者完全能夠利用本書(shū)輕松實(shí)現(xiàn)仿真建模的目標(biāo)。本教材中第5章和第6章的某些案例完全相同，采用不同的軟件實(shí)現(xiàn)相同的分析目的。通過(guò)前期的課堂應(yīng)用效果來(lái)看，本教材后半部分可以說(shuō)是一個(gè)詳實(shí)的“上機(jī)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)”。不需要讀者掌握太深的電磁場(chǎng)仿真理論，也能針對(duì)具體工程問(wèn)題，進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真，并能舉一反三，便于讀者最終掌握仿真案例的原理和分析過(guò)程。（3）補(bǔ)充了工程上常用的一些數(shù)值方法和MATLAB程序。針對(duì)本書(shū)所列的典型問(wèn)題，都給出了仿真程序。對(duì)于自編代碼實(shí)現(xiàn)的計(jì)算案例，書(shū)中給出了各個(gè)步驟的詳實(shí)解釋?zhuān)�并在�?shū)后給出了以MATLAB代碼編寫(xiě)的仿真程序，方便讀者借鑒。（4）基于案例式教學(xué)方式編排學(xué)習(xí)單元。結(jié)合編者在電磁分析領(lǐng)域多年的科研經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，在教材中根據(jù)工程問(wèn)題的特征進(jìn)行分類(lèi)，分別以電場(chǎng)、磁場(chǎng)、渦流場(chǎng)以及運(yùn)動(dòng)電磁場(chǎng)等問(wèn)題，結(jié)合輸電線(xiàn)路、絕緣子串、變壓器、繼電器、電機(jī)等設(shè)備，凝煉成數(shù)個(gè)典型案例，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步遞進(jìn)，方便讀者有選擇性、針對(duì)性地學(xué)習(xí)和參考。工程電磁場(chǎng)數(shù)值分析
前言本教材由武漢大學(xué)杜志葉教授、阮江軍教授、張亞?wèn)|教授、文武副教授和袁佳歆教授編著，博士生黃菁雯、碩士生何靖萱參與了本書(shū)第1章、第6章和第7章中插圖的繪制和部分公式的校核。杜志葉教授對(duì)全書(shū)內(nèi)容進(jìn)行了統(tǒng)稿和反復(fù)修改。課程組的其他老師也對(duì)本教材提出了很多寶貴的建議，在此表示衷心的感謝!由于編者水平有限，書(shū)中難免有疏漏和不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。編者
二〇二三年五月
于珞珈山