弦线电荷模拟法：高效计算复杂静电场的新途径

本文主要探讨了在1984年的科学研究中，如何有效地利用电荷模拟法（Charge Simulation Method, CSM）来计算几何形状复杂的静电场，特别关注了球形间隙中带有联接导杆和接地平面的三维静电场。电荷模拟法作为一种计算电场的强大工具，其核心原理是通过在电极内部设置虚拟离散电荷，这些电荷的分布和数量需要精确控制以模拟真实电荷产生的电位和场强。传统上，变密度环电荷模拟方案常被用于此类计算，但文章指出，弦线电荷模拟方案相较于传统方法具有显著优势，能够在相同计算精度下显著减少所需的时间，只需传统方法的一五分之一。 作者陈鹤声以球形间隙的实例对比了这两种方法，结果显示弦线电荷模拟法在处理复杂几何形状时更具效率。这种方法不受求解区域限制，能够得到解析表达式的解答，精确计算任意点的场强和电位，并且保持场强与电位之间的明确函数关系。此外，CSM的灵活性高，数据准备工作量小，结果可靠性强。 然而，选择合适的电荷类型、数量和布置方式对于解决非轴对称的复杂电场问题至关重要。在编写通用程序时，解决电荷模拟问题的能力成为关键因素，特别是在处理带导杆和接地平面的球形间隙这类具体场景时。文章的研究成果对于提高高压输变电设备绝缘设计的准确性具有重要意义，因为它使得通过电子计算机获得足够精确的电位和场强成为可能。 本文不仅提供了电荷模拟法的基本原理和优势，还着重强调了在实际应用中，针对特定几何结构优化电荷模拟策略的重要性，这对于推动静电场计算技术的发展具有积极的贡献。