遠場模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
遠場模擬的視頻教程
ANSYS Siwave 及circuit模塊場路協同模擬PCB板真實工況下的遠場仿真操作教程
本課程適合哪些人學習： 1、電磁仿真設計領域多年工程經驗的工程師 2、科研工作者 3、高校理工科老師 4、學校理工科學生 5、電磁仿真愛好者 6、學習SIWAVE,HFSS等學習人員 課程介紹： 1、ANSYS Siwave 及circuit 模塊場路協同模擬PCB板真實工況的遠場仿真操作Step By Step操作教學視頻 2、講師提供教程相關模型進行專項訓練，提高用戶的實際操作能力
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abaqus二維無限元邊界單元的模擬
通過巖土工程書上一個簡單的例子向大家介紹abaqus關于無限元單元的模擬，無限元單元邊界常用于振動問題的分析，例如爆破，抗震；用這個邊界單元來模擬遠場，防止應力波的反射對近場的影響。
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遠場模擬的實例教程
（1） 以下模擬將橫向入射光束設為高斯場。
（2） 但是，光纖模式完全可以得到求解并設置為OptiFDTD的橫向入射光束。
檢測采樣波長的傳輸光束（對于圖案1）
傳輸功率譜
遠場轉換
（1）FDTD主要進行近場模擬，更長距離的模擬要求更多CPU時間和內存使用。
（2）然而，OptiFDTD提供遠場轉換工具，當用戶定義距離時可以得到遠場圖案。
遠場轉換
波長λ=1.0μm，z =1,000μm的遠場
遠場轉換
波長λ=0.8μm，z =10,000μm的遠場
展開 （1） 以下模擬將橫向入射光束設為高斯場。
（2） 但是，光纖模式完全可以得到求解并設置為OptiFDTD的橫向入射光束。
檢測采樣波長的傳輸光束（對于圖案1）
傳輸功率譜
遠場轉換
（1）FDTD主要進行近場模擬，更長距離的模擬要求更多CPU時間和內存使用。
（2）然而，OptiFDTD提供遠場轉換工具，當用戶定義距離時可以得到遠場圖案。
遠場轉換
波長λ=1.0μm，z =1,000μm的遠場
遠場轉換
波長λ=0.8μm，z =10,000μm的遠場
展開 （1）以下模擬將橫向入射光束設為高斯場。
（2）但是，光纖模式完全可以得到求解并設置為OptiFDTD的橫向入射光束。
檢測采樣波長的傳輸光束（對于圖案1）
傳輸功率譜
遠場轉換
（1）FDTD主要進行近場模擬，更長距離的模擬要求更多CPU時間和內存使用。
（2）然而，OptiFDTD提供遠場轉換工具，當用戶定義距離時可以得到遠場圖案。
遠場轉換
波長λ=1.0μm，z =1,000μm的遠場
遠場轉換
波長λ=0.8μm，z =10,000μm的遠場
展開 所以通過模擬海上風電場的海底形態變化，了解海上風電場海岸水動力和形態動力學，為樁基維護策略提供技術支持十分重要。
02 模型建立
本案例將利用水動力仿真軟件的三維水動力學模塊并設置LES湍流模型耦合SISYPHE泥沙輸運模塊，來構建海岸形態動力模型。
傳統的RANS湍流模型無法有效地描述緊靠單樁的湍流的產生和消散以及整個海上風電場大規模尾跡。為了滿足穩定性標準，計算時間步長必須很小，這限制了RANS模型長期模擬的能力。
因此，本研究擬用大渦模擬LES替代RANS湍流模型，并研究其遠場模擬的性能和精度，進而證明水動力仿真軟件具有預測海上風電場樁基周圍的水流和泥沙輸移的能力。
水動力學模型
首先基于過往的實驗數據對三維水動力+ LES的模型進行了驗證。
設置50米長，4米寬的研究區域。假定床層是平的，固定深度為0.54m。直徑為0.53米的圓柱體放置在入口下游13米處。研究區域的三維網格每層的二維單元共282740個，縱向劃分20層。
網格的俯視圖
模型分別驗證了光滑床層和粗糙床層的情況。設置雷諾數為1.7×，水深入口流速 0.326 m/s。實驗表明，該模型可以較好地模擬單樁實驗的流場。
光滑床層的模擬結果與實驗結果對比
然后將該模型用于愛爾蘭東部海域利物浦灣的遠場模擬，該海域有Burbo Bank、North Hoyle和Rhyl Flats三個海上風電場，分別由25、30和25個單樁風機組成。三維網格水平劃分為323830個三角形單元，縱向劃分15個水平層。三角形單元大小從樁基附近的0.4 m到遠場邊界上的5500 m不等。
利物浦灣網格模型
泥沙輸運模型
泥沙輸移采用粒徑為0.23mm的推移質，使用梅耶爾-彼得輸移公式求解輸沙率。
展開 實驗表明，該模型可以較好地模擬單樁實驗的流場。
光滑床層的模擬結果與實驗結果對比
然后將該模型用于愛爾蘭東部海域利物浦灣的遠場模擬，該海域有Burbo Bank、North Hoyle和Rhyl Flats三個海上風電場，分別由25、30和25個單樁風機組成。三維網格水平劃分為323830個三角形單元，縱向劃分15個水平層。三角形單元大小從樁基附近的0.4 m到遠場邊界上的5500 m不等。
利物浦灣網格模型
泥沙輸運模型
泥沙輸移采用粒徑為0.23mm的推移質，使用梅耶爾-彼得輸移公式求解輸沙率。
04
模擬結果
基于利物浦港的Burbo Bank風電廠的模型，模擬了為期30天的大小潮流場，并結合sisyphe模擬了風電場海底7天內的泥沙遷移情況。
BurboBank風電廠樁基的湍流模擬結果
BurboBank風電廠樁基附近泥沙在5天內的侵蝕和堆積情況，揭示了海床在5天內的形態變化
05
研究結論
使用TELEMAC3D在實驗室尺度上模擬了一個圓柱體周圍的流動，對圓柱體繞流的測量結果與實驗數據吻合較好。
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布局創建
（1） OptiFDTD提供了一個周期性關系編輯器。它允許我們定義具有不同單元屬性的不同周期關系。
（2） OptiFDTD中的VB腳本可以加載/編輯二進制關系，輕松實現“單元開”或“單元關”。
時域入射波可以設置為覆蓋所需波長區域800nm-1550nm的脈沖。
（1） 以下模擬將橫向入射光束設為高斯場。
（2） 但是，光纖模式完全可以得到求解并設置為
使用Finite Fluid組件模擬輻射域，使用Infinite Fluid組件模擬遠場聲輻射。
圖 4導入Dytran分析結果
導入Dytran分析結果建立BC Mesh組件，該組件能夠將振動結果映射到聲學網格當中，以進行聲輻射的計算。
布局創建
（1）OptiFDTD提供了一個周期性關系編輯器。它允許我們定義具有不同單元屬性的不同周期關系。
（2）OptiFDTD中的VB腳本可以加載/編輯二進制關系，輕松實現“單元開”或“單元關”。
時域入射波可以設置為覆蓋所需波長區域800nm-1550nm的脈沖。
（1）以下模擬將橫向入射光束設為高斯場。
（2）但是，光纖模式完全可以得到求解并設置為
布局創建
（1） OptiFDTD提供了一個周期性關系編輯器。它允許我們定義具有不同單元屬性的不同周期關系。
（2） OptiFDTD中的VB腳本可以加載/編輯二進制關系，輕松實現“單元開”或“單元關”。
時域入射波可以設置為覆蓋所需波長區域
“總波”法爆炸點須位于水域模型的外部，且它可以考慮到空化效應的影響，所以總波法比較適合模擬中遠場爆炸。在近場爆炸中，由于爆炸時間短，氣泡脈動和空化產生的加載可以忽略，主要是考察沖擊波造成的結構毀傷效應，所以可以采用“散波”法進行模擬。
因此，本研究擬用大渦模擬LES替代RANS湍流模型，并研究其遠場模擬的性能和精度，進而證明水動力仿真軟件具有預測海上風電場樁基周圍的水流和泥沙輸移的能力。
水動力學模型
首先基于過往的實驗數據對三維水動力+ LES的模型進行了驗證。
設置50米長，4米寬的研究區域。假定床層是平的，固定深度為0.54m。直徑為0.53米的圓柱體放置在入口下游13米處。
圖中展示了氣動仿真經典案例DrivAer汽車Fastback車型的遠場噪聲模擬結果。軟件可模擬汽車行駛過程中遠場噪聲，遠場噪聲頻譜圖展示了距離后視鏡不同位置p1、p2處的聲壓級頻譜。
從上述分析可以看到，雖然無限元在靜力分析中可以用于模擬無限域，但仍需要劃分足量的常規單元來模擬遠場邊界，使得靠近有限元與無限元的界面處的應力已經趨于平緩。并且，在布置無限元時，應使得無限元包圍整個代表無限域的區域，而不存在空隙，例如圖13給出了用三維無限元代表無限域的情況，否則即使使用無限元也會給出不精確的計算結果。
圖13 含三維無限元的網格模型
參考文獻
[1] O. C.
總體而言，拼接近場所產生的遠場結果與直接模擬結果在焦距、光斑大小和強度方面非常匹配。
對元原子的遠場結果求和
這相當于近場拼接方法，但順序相反。在這里，我們首先從步驟2中構建的近場數據庫來構建遠場庫。然后，我們通過考慮其從原點的位置偏移產生的相移來總結每個納米棒的遠場結果的貢獻。
