Maxwell仿真圆柱体电容器.doc

电磁场与电磁波项目训练报告仿真求解圆柱形电容器班 级：通信13-2 姓 名： 闫振宇 学 号：1306030222 指导教师：徐维老师 成 绩： 电子与信息工程学院信息与通信工程系项目训练一 仿真求解圆柱形电容器1. 实验目的和任务1）掌握用ANSYS Maxwell软件仿真的方法；2）学会利用所学的场强，电容，电场的知识来解决实际现实生活中的计算问题；3）利用ANSYS Maxwell软件仿真圆柱形电容器。2. 实验内容1）学习ANSYS Maxwel有限元分析步骤；2）学习ANSYS Maxwel的基本仿真操作步骤；3）对圆柱体电容器计算理论值和实验的仿真值进行比较，得出结论。3. 实验原理电容是反映电容器储存的电荷本领大小的物理量。电容的定义：一个电容器所带的电量Q总与其电压U成正比，比值Q/U叫电容器的电容。以C表示电容器的电容，就有公式：电容器的电容决定于电容器的本身结构，即是导体的形状，尺寸以及两导体间电介质的种类等，而与它所带的电量无关。首先，假设本题中圆柱体电容器的内部的外表面，和外部的内表面分别带有绝对值为Q的电量。两筒之间充满相对介电常数为的电介质。（）所以，在距离轴线为r的电介质中一点的电场强度E为：对E进行积分，可以得到两圆筒间的电压U为：=就得到了圆柱形电容器的电容C为：根据以上的公式，代入R2=1mm，R1=0.6mm，得出长度为L的圆柱形电容器电容。4. 实验步骤4.1 建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave asCylinder Cap（工程命名为“Cylinder yuanzhuti”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic（静电的）4.1.1 创建中心圆柱体导体Draw Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）（0, 0, 0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0.6, 0.6,0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为 Cylinder5Assign Material copper（设置材料为铜copper） 4.1.2 创建内外导体间空心圆柱体介质Draw Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）（0, 0, 0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0.6, 0.6,0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为 Cylinder1Draw Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）（0, 0, 0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（1.0, 1.0,0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为 Cylinder2选中Cylinder1，Cylinder2Modeler （建模） Boolean Sbutract（分离）Blank park：Cylinder1Tool park：Cylinder2将分离出的圆环命名为Cylinder4Assign Material air（设置材料为空气air）4.1.3 创建外空心圆柱体导体Draw Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）（0, 0, 0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（1.0, 1.0,0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为 Cylinder6Draw Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）（0, 0, 0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（1.2, 1.2,0）mm 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为 Cylinder7选中Cylinder6，Cylinder7Modeler （建模） Boolean Sbutract（分离）Blank park：Cylinder6Tool park：Cylinder7将分离出的圆环命名为Cylinder3Assign Material copper（设置材料为铜copper）图4-1仿真效果图4.2 设置参数4.2.1 创建设置区域（Region）Draw RegionPadding Percentage：0% 减少电场的边缘效应（fringing effect）4.2.2 设置激励电压（Assign Excitation）选择Cylinder5Maxwell 3D Excitations AssignVoltage 5V 选择Cylinder3Maxwell 3D Excitations Assign Voltage 0V4.2.3 设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup 最大迭代次数：Maximum number of passes 10 误差要求：Percent Error 1% 每次迭代加密剖分单元比例： Refinement per Pass 50%4.2.4 设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D Parameters Assign Matrix Voltage1, Voltage24.2.5 check，计算，查看结果Maxwell 3D Reselts Solution data Matrix图4-2仿真数据图5. 数据取电容器长度L为：2mm，则有：电容值：C=0.2186pF表 4-1 理论及仿真的值理论计算值仿真输出值0.2179pF0.2186pF图5-1电压分布图6. 心得体会通过利用