煤炭学报

作者：张高敏, 刘 毅, 彭 铭,

关键词：矿井电磁波, 矿井无线传输, 时域有限差分, 单位窗口循环使用, 虚拟窗口, 内存空间,

为减小 FDTD(Finite-Difference Time-Domain)对计算机内存空间与算力的需求，提高 FDTD 求解矿井电磁波的计算效率，根据矿井巷道断面小、轴向长的特点，提出了单位窗口循环使 用时域有限差分方法(Unit Window Recycling，UWR-FDTD) 。 该方法沿巷道轴向把待研究的巷道 平均划分多个虚拟窗口，虚拟窗口的断面面积与巷道断面面积相同，为一个同虚拟窗口大小相同的 单位窗口分配内存空间，所有虚拟窗口循环使用单位窗口的内存空间，执行传统 FDTD 迭代过程。 激励源设在第 1 个虚拟窗口，根据 1 个单位窗口电磁波传播时间，确定每个虚拟窗口的迭代次数， 按照时间步存储单位窗口内最后一个 Yee 网格的电磁场分量，作为下一个虚拟窗口的子激励源。 每个虚拟窗口在单位窗口内迭代完成后，均存储完成时刻单位窗口的电磁场分量，用于合成整个巷 道内的电磁场数值。 结果表明:同传统 FDTD 方法相比，UWR-FDTD 方法在一维二维三维计算空 间均可减少内存使用量，划分虚拟窗口数目越多，仿真时所需的内存空间越小，在三维空间内提高 的计算效率更加显著;在无耗介质、有耗介质计算空间，分别用时谐源和脉冲源作为激励源，在一维 二维三维空间内用 UWR-FDTD 计算出合成电场的周期和幅值，与传统 FDTD 计算结果一致。 UWR-FDTD 矿井电磁波仿真时间与巷道断面面积、巷道长度和电磁波频率有关;划分虚拟窗口的 长度为待研究巷道长度的 1 / 10 ~ 1 / 6 时，计算用时最短，计算效率最高。

来源：2022年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

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