Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах
На основе интегро-дифференциальных уравнений построена математическая модель нестационарного магнитогидродинамического процесса в осесимметричном электротехническом устройстве с жидким проводником. С применением декомпозиции задача сводится к решению двух подзадач: электромагнитной и гидродинамическ...
Збережено в:
Дата: | 2009 |
---|---|
Автор: | |
Формат: | Стаття |
Мова: | Russian |
Опубліковано: |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
2009
|
Назва видання: | Электронное моделирование |
Теми: | |
Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101426 |
Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
Цитувати: | Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах / А.В. Жильцов // Электронное моделирование. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 3-20. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraineid |
irk-123456789-101426 |
---|---|
record_format |
dspace |
spelling |
irk-123456789-1014262016-06-04T03:02:04Z Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах Жильцов, А.В. Математические методы и модели На основе интегро-дифференциальных уравнений построена математическая модель нестационарного магнитогидродинамического процесса в осесимметричном электротехническом устройстве с жидким проводником. С применением декомпозиции задача сводится к решению двух подзадач: электромагнитной и гидродинамической. Особенностью последней является отсутствие в интегро-дифференциальных уравнениях, к решению которых она сводится, производных по пространственным переменным от искомых функций, что устраняет погрешности, вносимые в конечный результат от их аппроксимации конечномерными аналогами. На основі інтегро-диференціальних рівнянь побудовано математичну модель нестаціонарного магнітогідродинамічного процесу в вісесиметричному електротехнічному пристрої з рідким провідником. При застосуванні декомпозиції задача зводиться до розв’язання двох підзадач: електромагнітної та гідродинамічної. Особливістю останньої є відсутність в інтегро-диференціальних рівняннях, до розв’язання яких вона зводиться, похідних по просторовим змінним від шуканих функцій, що усуває похибки, внесені в кінцевий результат від їхньої апроксимації скінченновимірними аналогами. The mathematical model of a non-stationary magnetohydrodynamic process in the axially symmetric electrical engineering device with a fluid conductor is constructed on the basis of the integro-differential equations. Due to decomposition the problem is reduced to the solution of two subtasks: electromagnetic and hydrodynamic ones. A distinction of the latter subtask is the absence in the integro-differential equations, to which solution it is reduced, the space variable derivatives of decision functions that eliminates the errors brought to the end result from their approximation by finite-dimensional analogs. 2009 Article Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах / А.В. Жильцов // Электронное моделирование. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 3-20. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0204-3572 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101426 681.3:519.711.3:517.958:621.313 ru Электронное моделирование Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
collection |
DSpace DC |
language |
Russian |
topic |
Математические методы и модели Математические методы и модели |
spellingShingle |
Математические методы и модели Математические методы и модели Жильцов, А.В. Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах Электронное моделирование |
description |
На основе интегро-дифференциальных уравнений построена математическая модель нестационарного магнитогидродинамического процесса в осесимметричном электротехническом устройстве с жидким проводником. С применением декомпозиции задача сводится к решению двух подзадач: электромагнитной и гидродинамической. Особенностью последней является отсутствие в интегро-дифференциальных уравнениях, к решению которых она сводится, производных по пространственным переменным от искомых функций, что устраняет погрешности, вносимые в конечный результат от их аппроксимации конечномерными аналогами. |
format |
Article |
author |
Жильцов, А.В. |
author_facet |
Жильцов, А.В. |
author_sort |
Жильцов, А.В. |
title |
Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах |
title_short |
Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах |
title_full |
Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах |
title_fullStr |
Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах |
title_full_unstemmed |
Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах |
title_sort |
математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах |
publisher |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
publishDate |
2009 |
topic_facet |
Математические методы и модели |
url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101426 |
citation_txt |
Математическая модель неустановившегося магнитогидродинамического процесса в осесимметричных электротехнических устройствах / А.В. Жильцов // Электронное моделирование. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 3-20. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
series |
Электронное моделирование |
work_keys_str_mv |
AT žilʹcovav matematičeskaâmodelʹneustanovivšegosâmagnitogidrodinamičeskogoprocessavosesimmetričnyhélektrotehničeskihustrojstvah |
first_indexed |
2025-07-07T10:54:45Z |
last_indexed |
2025-07-07T10:54:45Z |
_version_ |
1836985284727668736 |
fulltext |
ÓÄÊ 681.3:519.711.3:517.958:621.313
À. Â. Æèëüöîâ, êàíä. òåõí. íàóê
Èí-ò ïðîáëåì ìîäåëèðîâàíèÿ
â ýíåðãåòèêå èì. Ã. Å. Ïóõîâà ÍÀÍ Óêðàèíû
(Óêðàèíà, 03164, Êèåâ, óë. Ãåíåðàëà Íàóìîâà 15,
òåë.: (044) 4249160, E-mail: azhilt@mail.ru)
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ
ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
â îñåñèììåòðè÷íûõ ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ
(Ñòàòüþ ïðåäñòàâèë ä-ð òåõí. íàóê Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé)
Íà îñíîâå èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé ïîñòðîåíà ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü
íåñòàöèîíàðíîãî ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà â îñåñèììåòðè÷íîì ýëåêòðîòåõ-
íè÷åñêîì óñòðîéñòâå ñ æèäêèì ïðîâîäíèêîì. Ñ ïðèìåíåíèåì äåêîìïîçèöèè çàäà÷à ñâî-
äèòñÿ ê ðåøåíèþ äâóõ ïîäçàäà÷: ýëåêòðîìàãíèòíîé è ãèäðîäèíàìè÷åñêîé. Îñîáåííîñòüþ
ïîñëåäíåé ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå â èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèÿõ, ê ðåøåíèþ
êîòîðûõ îíà ñâîäèòñÿ, ïðîèçâîäíûõ ïî ïðîñòðàíñòâåííûì ïåðåìåííûì îò èñêîìûõ ôóíê-
öèé, ÷òî óñòðàíÿåò ïîãðåøíîñòè, âíîñèìûå â êîíå÷íûé ðåçóëüòàò îò èõ àïïðîêñèìàöèè
êîíå÷íîìåðíûìè àíàëîãàìè.
Íà îñíîâ³ ³íòåãðî-äèôåðåíö³àëüíèõ ð³âíÿíü ïîáóäîâàíî ìàòåìàòè÷íó ìîäåëü íåñòàö³î-
íàðíîãî ìàãí³òîã³äðîäèíàì³÷íîãî ïðîöåñó â â³ñåñèìåòðè÷íîìó åëåêòðîòåõí³÷íîìó ïðèñò-
ðî¿ ç ð³äêèì ïðîâ³äíèêîì. Ïðè çàñòîñóâàíí³ äåêîìïîçèö³¿ çàäà÷à çâîäèòüñÿ äî ðîçâ’ÿçàííÿ
äâîõ ï³äçàäà÷: åëåêòðîìàãí³òíî¿ òà ã³äðîäèíàì³÷íî¿. Îñîáëèâ³ñòþ îñòàííüî¿ º â³äñóòí³ñòü
â ³íòåãðî-äèôåðåíö³àëüíèõ ð³âíÿííÿõ, äî ðîçâ’ÿçàííÿ ÿêèõ âîíà çâîäèòüñÿ, ïîõ³äíèõ ïî
ïðîñòîðîâèì çì³ííèì â³ä øóêàíèõ ôóíêö³é, ùî óñóâຠïîõèáêè, âíåñåí³ â ê³íöåâèé
ðåçóëüòàò â³ä ¿õíüî¿ àïðîêñèìàö³¿ ñê³í÷åííîâèì³ðíèìè àíàëîãàìè.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: ÌÃÄ ïðîöåññ, èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíàÿ ìîäåëü, ýëåêòðîìàã-
íèòíûå ñèëû, æèäêèé ìåòàëë, èíäóêöèîííûé ïåðåìåøèâàòåëü.
Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî (ÌÃÄ) ïðîöåññà â ýëåêòðî-
òåõíè÷åñêîì óñòðîéñòâå ñ æèäêèì ïðîâîäíèêîì íåîáõîäèìà ïîñòàíîâêà è
ðåøåíèå äâóõ ñâÿçàííûõ çàäà÷: ýëåêòðîìàãíèòíîé è ãèäðîäèíàìè÷åñêîé.
Ïîñòðîåíèþ ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè ðàñ÷åòà âèõðåâûõ òîêîâ â ñèíóñîè-
äàëüíîì ðåæèìå äëÿ îñåñèììåòðè÷íîé ñèñòåìû ïîñâÿùåíà ðàáîòà [1], â
êîòîðîé íà îñíîâå ìåòîäà áëî÷íîé èòåðàöèè ïîñòðîåí àëãîðèòì åå êîìïüþ-
òåðíîé ðåàëèçàöèè. Îäíàêî íå ìåíåå âàæíûì ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèå íåóñòà-
íîâèâøèõñÿ (èìïóëüñíûõ) ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïðîöåññîâ â ïðîâîäÿùèõ ñðå-
äàõ: ïðèìåíåíèå èìïóëüñíîãî ïîëÿ äëÿ âîçäåéñòâèÿ íà êðèñòàëëèçèðóþ-
ùèéñÿ ìåòàëë.
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 3
����������� ��
���
��
�
�
����
 [2] íà îñíîâå ìåòîäà êîíå÷íûõ ðàçíîñòåé ïðåäëîæåí ðÿä ìàòåìàòè-
÷åñêèõ ìîäåëåé äëÿ ðàñ÷åòà ïîëÿ ñêîðîñòåé â æèäêîì ìåòàëëå è íà èõ
îñíîâå ïðîâåäåí àíàëèç âëèÿíèÿ èìïóëüñíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ íà
ïðîöåññ åãî ïåðåìåøèâàíèÿ.
Âñëåäñòâèå êîíñòðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé ñèñòåì ýëåêòðîìàãíèòíîãî
âîçäåéñòâèÿ íà ìåòàëë â íèõ ïðèñóòñòâóþò ñèëüíûå ìàãíèòíûå ïîëÿ ðàñ-
ñåèâàíèÿ, äëÿ ó÷åòà êîòîðûõ ïðè ïðèìåíåíèè êîíå÷íî-ðàçíîñòíûõ ìåòîäîâ
íåîáõîäèìî ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàòü ñåòêó ðàçáèåíèÿ ðàñ÷åòíîé îáëàñòè,
õîòÿ â ýòîì íåò íåîáõîäèìîñòè, òàê êàê èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò ðàñïðåäå-
ëåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë â æèäêîì ìåòàëëå.  ýòîì ñëó÷àå îïòèìàëü-
íûì (äëÿ óìåíüøåíèÿ ðàñ÷åòíîé îáëàñòè) ÿâëÿåòñÿ ìåòîä èíòåãðàëüíûõ
óðàâíåíèé, íà îñíîâå êîòîðîãî ðàçðàáîòàíà àëãîðèòìè÷åñêàÿ êîìïüòåðíî-
îðèåíòèðîâàííàÿ ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ÌÃÄ ïðîöåñ-
ñà â ðàññìàòðèâàåìîì êëàññå óñòðîéñòâ.
Ïðîöåññ ìîäåëèðîâàíèÿ ñâÿçàííûõ ýëåêòðîìàãíèòíûõ è ãèäðîäèíà-
ìè÷åñêèõ ïîëåé ñîñòîèò èç äâóõ áëîêîâ:
1) ýëåêòðîìàãíèòíàÿ çàäà÷à — íà çàäàííîì ïîëå ñêîðîñòåé â æèäêîì
ïðîâîäíèêå ðàññ÷èòûâàþò ðàñïðåäåëåíèå âèõðåâûõ òîêîâ â ìàññèâíûõ
ïðîâîäíèêàõ è òîêîâ íàìàãíè÷åííîñòè íà ãðàíèöå ìàãíèòîïðîâîäà, à ïî
íèì — ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèå óñèëèÿ â íåì [3];
À. Â. Æèëüöîâ
4 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
Óñòðîéñòâî ñ îñåñèììåòðè÷íûì ìàãíèòíûì ïîëåì (a) è åãî ñå÷åíèå ìåðèäèàííîé ïëîñ-
êîñòüþ (á): D
1
è D
2
— ñå÷åíèå ìàññèâíîãî ïðîâîäíèêà â æèäêîé è òâåðäîé ôàçàõ; D
3
—
ñå÷åíèå ìàññèâíîãî ìàãíèòîïðîâîäà; DW — ñå÷åíèÿ êàòóøåê îáìîòêè èíäóêòîðà
2) ãèäðîäèíàìè÷åñêàÿ çàäà÷à — íà çàäàííîì ïîëå ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèõ
óñèëèé â æèäêîì ïðîâîäíèêå ðàññ÷èòûâàþò ïîëå ñêîðîñòåé â íåì [4].
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ïðè ÷èñëåííîé ðåàëèçàöèè âòîðîãî áëîêà âîç-
íèêàåò íåîáõîäèìîñòü â àïïðîêñèìàöèè ïðîñòðàíñòâåííûõ ïðîèçâîäíûõ
îò èñêîìûõ ôóíêöèé êîíå÷íîìåðíûìè àíàëîãàìè, à ýòî âíîñèò äîïîëíè-
òåëüíûå ïîãðåøíîñòè â ðåøåíèå. Â ñâÿçè ñ ýòèì ñèñòåìà èíòåãðî-äèôôå-
ðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé, ïîëó÷åííàÿ â [4], ïðåîáðàçóåòñÿ ê âèäó, â êîòîðîì
óêàçàííûå ïðîèçâîäíûå îòñóòñòâóþò. Íà åå îñíîâå ðàçðàáîòàí àëãîðèòì
êîìïüþòåðíîé ðåàëèçàöèè ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè äëÿ ðàñ÷åòà ïîëÿ ñêî-
ðîñòåé â ñå÷åíèè æèäêîãî ïðîâîäíèêà.
Ðàññìîòðèì îñåñèììåòðè÷íóþ ýëåêòðîìàãíèòíóþ ñèñòåìó, ïðåäñòàâ-
ëåííóþ íà ðèñóíêå. Áóäåì ñ÷èòàòü çàäàííûìè åå ãåîìåòðè÷åñêèå ðàçìåðû
è ýëåêòðîôèçè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìàòåðèàëîâ. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî òîê
â îáìîòêå èíäóêòîðà èçìåíÿåòñÿ ïî çàäàííîìó çàêîíó. Ïðè èìïóëüñíîì
õàðàêòåðå âîçäåéñòâèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ íà æèäêèé ìåòàëë (íå-
ñêîëüêî ìèëëèñåêóíä) èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïî ñå÷åíèþ îáëàñòè, êîòî-
ðóþ îí çàíèìàåò, íåçíà÷èòåëüíî, ÷òî ïîçâîëÿåò ïðîâîäèìîñòü è âÿçêîñòü
ìàòåðèàëà ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûìè.
Ýëåêòðîìàãíèòíàÿ çàäà÷à. Èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûå óðàâíåíèÿ.
Ðàñ÷åò âèõðåâûõ òîêîâ â ìàññèâíûõ ïðîâîäíèêàõ äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî
óñòðîéñòâà ñâîäèòñÿ ê ðåøåíèþ ñëåäóþùåé ñèñòåìû èíòåãðî-äèôôåðåí-
öèàëüíûõ óðàâíåíèé [3]:
�
�
�
�
�
�
�( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , )Q t M t P Q M dl M t P Q M dsM
L m
m� �
� �
3
1
2
M
Dm
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
3
3
( , ) ( , ) ( , ) ( , )M t P Q M ds M t P Q M dsM
D
W M
DW
,
Q L
3
; (1)
�
�
�
�
� �
�
�
�
t
M t T Q M dl
Q t
t
M t TM
L m
m( , ) ( , )
( , )
( , ) (
3
1
1 1
2
� �� �
Q M dsM
Dm
, )
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
t
M t T Q M ds
t
M t T Q M dsM
D
W M
DW
3
3
( , ) ( , ) ( , ) ( , ) �
1
�
� ( , )Q t ,
Q D
1
; (2)
�
�
�
�
� �
�
�
�
t
M t T Q M dl
Q t
t
M t TM
L
q
q m
m( , ) ( , )
( , )
( , ) (
3
1
2
� �� �
Q M dsM
Dm
, )
�
�
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 5
�
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
t
M t T Q M ds
t
M t T Q M dsM
D
W M
DW
3
3
( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ,
Q Dq
, q 1 2, , (3)
ãäå� ( , )M t — ïðîåêöèÿ íà àçèìóòàëüíîå íàïðàâëåíèå ìãíîâåííîé ïîâåðõ-
íîñòíîé ïëîòíîñòè ïðîñòîãî ñëîÿ òîêîâ íàìàãíè÷åííîñòè íà ñëåäå ãðàíè-
öû L
3
, îáðàçîâàííîì ñå÷åíèåì ìåðèäèàííîé ïëîñêîñòüþ ãðàíèöû ìàãíè-
òîïðîâîäà; �m M t( , ) — ïðîåêöèÿ íà àçèìóòàëüíîå íàïðàâëåíèå ìãíîâåí-
íîé ïëîòíîñòè âèõðåâûõ òîêîâ â ìåðèäèàííîì ñå÷åíèè îáëàñòè Dm,
m 1 2 3, , ; �W M t( , ) — ïðîåêöèÿ íà àçèìóòàëüíîå íàïðàâëåíèå ìãíîâåííîé
ïëîòíîñòè òîêîâ â êàòóøêàõ îáìîòêè èíäóêòîðà; � � � � �
�( ) / ( )
0 0
; � —
àáñîëþòíàÿ ìàãíèòíàÿ ïðîíèöàåìîñòü ìàãíèòîïðîâîäà; �
0
— àáñîëþòíàÿ
ìàãíèòíàÿ ïðîíèöàåìîñòü âíåøíåé ïî îòíîøåíèþ ê ìàãíèòîïðîâîäó
ñðåäû (â äàííîì ñëó÷àå ïðèíèìàåòñÿ ðàâíîé ìàãíèòíîé ïîñòîÿííîé),
� �
0
7
4 10 �
Ãí/ì; �m — óäåëüíàÿ ïðîâîäèìîñòü ìàòåðèàëà ìàññèâíîãî
ïðîâîäíèêà Dm, m 1 2 3, , ; � � ��
0
2/ ( ;
P Q M Q M n b Q M n b Q Mz Q Qz r Qr z( , ) ( ,[ , ( , )]) ( , ) ( , )
e n b ;
n e eQ Qr r Qz zn n � ;
b e e( , ) ( , ) ( , )Q M b Q M b Q Mr r z z � , (4)
e r , e
�
, e z — îðòû ñîîòâåòñòâóþùèõ îñåé öèëèíäðè÷åñêîé ñèñòåìû êîîð-
äèíàò;
b Q M
z z
r r r z z
K k
r r
r
M Q
Q M Q M Q
M Q
( , )
( )
( ) ( )
( )
(
� �
�
� �
2 2
2 2 z z
r r z z
E k
M Q
M Q M Q
�
�
�
�
�
�
�
�
�
)
( ) ( )
( ) ;
2
2 2
b Q M
r r z z
K k
r r z z
r
z
M Q M Q
M Q M Q
M
( , )
( ) ( )
( )
( )
(
� �
�
1
2 2
2 2 2
�
�
�
�
�
�
�
�
�r z z
E k
Q M Q) ( )
( )
2 2
;
T Q M
r
r k
k K k
k
E kM
Q
( , ) ( ) ( )
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
2 2
;
(5)
( , )r zQ Q , ( , )r zM M — êîîðäèíàòû òî÷åê Q è M â öèëèíäðè÷åñêîé ñèñòåìå
êîîðäèíàò; K k( ), E k( ) — ýëëèïòè÷åñêèå èíòåãðàëû ïåðâîãî è âòîðîãî
ðîäà àðãóìåíòà k,
k
r r
r r z z
Q M
M Q M Q
2
2 2
4
� �
( ) ( )
.
À. Â. Æèëüöîâ
6 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
 óðàâíåíèè (2) îáîçíà÷åíî
�( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , )Q t V Q t B Q t V Q t B Q tz r r z
, (6)
ãäåV Q tr ( , ),V Q tz ( , ) — ìãíîâåííûå çíà÷åíèÿ ïðîåêöèé ñêîðîñòè â òî÷êå Q
íà îñè Or è Oz; B Q tr ( , ), B Q tz ( , ) — ìãíîâåííûå çíà÷åíèÿ ïðîåêöèé
ìàãíèòíîé èíäóêöèè íà òå æå îñè.
Ïîñêîëüêó ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì
B b b( , ) ( , ) ( , ) ( , ) (Q t M t Q M ds M t QW M
D m
m
W
�
� �
�
�
�
�
�
�
� �
2 2
1
2
, )M dsM
Dm
�
�
� �
� �
�
�
�
�
�
�
�
2 2
3
3 3
( , ) ( , ) ( , ) ( , )M t Q M ds M t Q M dlM
D
M
L
b b ,
âûðàæåíèå (6) ìîæåò áûòü çàïèñàíî â âèäå
� ( , ) ( , ) ( , , ) ( , )Q t M t Q M t ds M tW M
D m
m
W
�
� �
�
�
� !
�
�
� !
� �
2 2
1
2
( , , )Q M t dsM
Dm
�
�
� �
� �
�
�
� !
�
�
� !
�
2 2
3
3 3
( , ) ( , , ) ( , ) ( , , )M t Q M t ds M t Q M t dlM
D
M
L
, (7)
ãäå !( , , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , )Q M t V Q t b Q M V Q t b Q Mz r r z
.
Àïïðîêñèìàöèÿ ïî ïðîñòðàíñòâåííûì ïåðåìåííûì. Ðàçáèâàåì ìå-
ðèäèàííîå ñå÷åíèå êàæäîãî èç ìàññèâíûõ ïðîâîäíèêîâ Dm, m 1 2 3, , ,
ñîîòâåòñòâåííî íà N Dm
ýëåìåíòàðíûõ îáëàñòåé "S m
i
, i N Dm
1 2, ,..., , à ñëåä
L
3
îò ñå÷åíèÿ ìåðèäèàííîé ïëîñêîñòüþ ãðàíèöû ìàãíèòîïðîâîäà íà N L
3
ýëåìåíòàðíûõ ó÷àñòêîâ "Li
3
, i N L 1 2
3
, ,..., . Ñå÷åíèå îáìîòêè ðàçáèâàåì íà
N DW
îáëàñòåé, êàæäàÿ èç êîòîðûõ åñòü ñå÷åíèå êàòóøêè. Ïðèìåíÿÿ ìå-
òîä ïîëíîãî îñðåäíåíèÿ, ñèñòåìó èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé
(1) — (3) àïïðîêñèìèðóåì ñëåäóþùåé ñèñòåìîé óðàâíåíèé:
�
�
� �
�
�
�"L P P P
3
1
2
0
3
3 3 3 3 3
�
�
�
�
�
�
�
� �
�L L
m
L D m L Dt t t
m
( ) ( ) ( ) ( )
PL D WW
t
3
� ; (8)
�
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
�
�t
t
t
t
t
t
D L
m
D D mm
T
S
T
1 3 1
1 1
1 1
2
0
( )
( )
( )� � �
�
"
TD D t
1 3
3
� ( )
�
�
�
�
�t
t tD D WW
T s
1
1
( ) ( )� ;
(9)
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 7
�
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
�
�t
t
t
t
t
t
D L
q q
q m
D D mq q m
T
S
T
3
1
2
0
( )
( )
( )� � �
�
"
TD Dq
t
3
3
� ( )
�
�
�
t
tD D Wq W
T ( ), q 2 3, ,
(10)
ãäå� � � �( ) { ( ), ( ),..., ( )}t t t tN L
1 2
3
— âåêòîð-ñòîëáåö, ýëåìåíòàìè êîòîðîãî
ÿâëÿþòñÿ çíà÷åíèÿ ìãíîâåííîé ïëîòíîñòè òîêîâ íàìàãíè÷åííîñòè â öåíò-
ðå ýëåìåíòàðíîãî ó÷àñòêà "Li
3
, i N L 1 2
3
, ,..., ; � � �m m mt t t( ) { ( ), ( ),...
1 2
... , ( )}�mN Dm
t — âåêòîð-ñòîëáåö, ýëåìåíòàìè êîòîðîãî ÿâëÿþòñÿ ìãíîâåí-
íûå çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè âèõðåâûõ òîêîâ â öåíòðå ýëåìåíòàðíîé îáëàñòè
"S m
i
, i N Dm
1 2, ,..., ; " " " "L
3 3
1
3
2
3
3
diag{ , ,..., }L L L
N L
— äèàãîíàëüíàÿ ìàòðè-
öà ðàçìåðíîñòè N NL L
3 3
# , åå ýëåìåíòàìè ÿâëÿþòñÿ äëèíû îòðåçêîâ "Li
3
,
i N L 1 2
3
, ,..., , íà êîòîðûå ðàçáèâàåòñÿ ãðàíèöà L
3
; " " "Sq q qS S diag{ , ,...
1 2
..., }"S q
N Dq
— äèàãîíàëüíàÿ ìàòðèöà ðàçìåðíîñòè N ND Dq q
# , åå ýëåìåí-
òàìè ÿâëÿþòñÿ ïëîùàäè ýëåìåíòîâ " S q
i
, i N Dq
1 2, ,..., , íà êîòîðûå ðàçáè-
âàåòñÿ ñå÷åíèå Dq , q 1 2 3, , .
 óðàâíåíèÿõ (8) — (10) ââåäåíû ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ ìàòðèö:
PL L
L L
M Q
i j
P Q M dl dl
3 3
3 3
� �
" "
( , ) , i j N L, , , ..., 1 2
3
;
PL D
L S
M Qm
i
m
j
P Q M ds dl
3
3
� �
" "
( , ) , i N L 1 2
3
, ,..., , j N Dm
1 2, ,..., , m 1 2 3, , ;
PL D
L S
M QW
i
W
j
P Q M ds dl
3
3
� �
" "
( , ) , i N L 1 2
3
, ,..., , j N DW
1 2, ,..., ;
TD L
S L
M Qq
q
i j
T Q M dl ds
3
3
� �
" "
( , ) , i N Dq
1 2, ,..., , q 1 2 3, , , j N L 1 2
3
, ,..., ;
TD D
S S
M Qq m
q
i
m
j
T Q M ds ds
� �
" "
( , ) , i N Dq
1 2, ,..., , j N Dm
1 2, ,..., , q m, , , 1 2 3;
TD D
S S
M Qq W
q
i
W
j
T Q M ds ds
� �
" "
( , ) , i N Dq
1 2, ,..., , q 1 2 3, , , j N DW
1 2, ,..., .
À. Â. Æèëüöîâ
8 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ s� ( )t ïðîèíòåãðèðóåì (7) ïî êàæäîé ýëåìåíòàðíîé
îáëàñòè "S i
1
, i N D 1 2
1
, ,..., .  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåì
s T T T�( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (t t t t t tVD W
m
VD m VDW m
� �
�
�
�
� �
�
�
�
2
1
2
0
3
) ( ) ( ) ( )� �
3
3
t t tVL�
�
�
�
�
�
�
T ,
(11)
ãäå
T V R V ZVD z D D r D DW W W
t t t( ) ( ) ( )
1 1
;
T V R V ZVD z D D r D Dm m m
t t t( ) ( ) ( )
1 1
, m 1 2 3, , ;
T V R V ZVL z D L r D Lt t t
3 1 3 1 3
( ) ( ) ( )
;
Vr r r rNt V t V t V t
D
( ) { ( ), ( ),..., ( )} diag
1 2
1
, Vz z z zNt V t V t V t
D
( ) { ( ), ( ),..., ( )} diag
1 2
1
— äèàãîíàëüíûå ìàòðèöû ðàçìåðíîñòè N ND D
1 1
# , ýëåìåíòàìè êîòîðûõ
ÿâëÿþòñÿ çíà÷åíèÿ ìãíîâåííûõ ïðîåêöèé ñêîðîñòè íà îñè ñîîòâåòñòâåííî
Or è Oz â öåíòðàõ ýëåìåíòàðíûõ îáëàñòåé " S i
1
, i N D 1 2
1
, ,..., ;
ZD D
S S
z M QW
i
W
j
b Q M ds ds
1
1
� �
" "
( , ) , R D D
S S
r M QW
i
W
j
b Q M ds ds
1
1
� �
" "
( , ) ,
i N D 1 2
1
, ,..., , j N DW
1 2, ,..., ;
ZD D
S S
z M Qm
i
m
j
b Q M ds ds
1
1
� �
" "
( , ) , R D D
S S
r M QW
i
m
j
b Q M ds ds
1
1
� �
" "
( , ) ,
i N D 1 2
1
, ,..., , j N Dm
1 2, ,..., , m 1 2 3, , ;
ZD L
S L
z M Q
i j
b Q M dl ds
1 3
1 3
� �
" "
( , ) , R D L
S L
r M Q
i j
b Q M dl ds
1 3
1 3
� �
" "
( , ) ,
i N D 1 2
1
, ,..., , j N L 1 2
3
, ,..., .
Òàêèì îáðàçîì, óðàâíåíèå (9) ìîæåò áûòü ïåðåïèñàíî â âèäå
�
�
� �
� �
�
�
�t
t t t t
t
D L VL
m
D DT T S T
1 3 3 1
1
1
1 1
1
2
( ) ( ) ( ) ( )
� �
�"
m mm VD mt t t� �( ) ( ) ( )
�
�
�
�
�
�
�T
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 9
�
�
�
�
�
�
� �
�
�
�
0
3 3
1 3 3 1t
t t t
t
tD D VD D D W VDW W
T T T T( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )t tW� . (12)
Ðàçíîñòíàÿ ñõåìà äëÿ ðåøåíèÿ ñèñòåìû óðàâíåíèé (8), (10), (12).
Ïåðâûå âàðèàíòû ðàçíîñòíûõ ñõåì äëÿ ðåøåíèÿ àíàëîãè÷íûõ óðàâíåíèé,
ê ðåøåíèþ êîòîðûõ ñâîäèòñÿ ðàñ÷åò âèõðåâûõ òîêîâ â ìàññèâíûõ ïðîâîä-
íèêàõ, îïèñàíû â ðàáîòå [5].  ðàáîòàõ [6—9] ïîñòðîåíû ñõåìû, îòëè÷è-
òåëüíîé îñîáåííîñòüþ êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî àïïðîêñèìèðóþòñÿ íå
èñõîäíûå äèôôåðåíöèàëüíûå óðàâíåíèÿ, à ýêâèâàëåíòíûå èì èíòåãðàëü-
íûå óðàâíåíèÿ Âîëüòåðû, ïîëó÷åííûå ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿ èñõîäíûõ â
èíòåðâàëå [ , ]t t
0
. Â ðàáîòàõ [10, 11] óêàçàííûå ñõåìû ïðèìåíåíû ïðè ðåøå-
íèè ñèñòåìû èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé äëÿ ðàñ÷åòà ïîëÿ ñêî-
ðîñòåé â ïëîñêîïàðàëëåëüíîì ïðèáëèæåíèè. Èñïîëüçóåì ïðèâåäåííûå â
óêàçàííûõ ðàáîòàõ ñõåìû äëÿ ðåøåíèÿ ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷è.
Íà îñè âðåìåíè âûáèðàåì â îáùåì ñëó÷àå íåðàâíîìåðíóþ ñåòêó
t nn n $ , n 1 2 3, , ,..., ãäå $ n — øàã âðåìåííîé ñåòêè; èíäåêñ n ñîîòâåòñò-
âóåò âðåìåííîìó ñëîþ. Ïóñòü çàäà÷à ðåøåíà íà ñëîå tn
1
. Äëÿ òîãî ÷òîáû
ïîëó÷èòü ðàçíîñòíóþ ñõåìó, ïðîèíòåãðèðóåì óðàâíåíèÿ (9), (11) ïî âðå-
ìåíè â èíòåðâàëå [ , ]t tn n
1
. Çàòåì èñïîëüçóåì äëÿ âû÷èñëåíèÿ èíòåãðàëîâ
ñîîòíîøåíèå
f t dt cf c fn n
t
t
n
n
n
( ) [ ( ) ]
( ) ( )
�
�
1
1
1
$ , (13)
ãäå çíà÷åíèÿ ôóíêöèè f n( )
, f n( )
1
ñîîòâåòñòâóþò ìîìåíòàì âðåìåíè tn ,
tn
1
; c — âåñîâîé ìíîæèòåëü, ïðèíèìàþùèé çíà÷åíèÿ èç ìíîæåñòâà{ ; , ; }0 0 5 1 .
Ïðè c 0 è c 1 ôîðìóëà (13) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ôîðìóëó ïðÿìîóãîëü-
íèêîâ, à ïðè c 0 5, — ôîðìóëó òðàïåöèé.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåì
~ ~( ) ( ) ( )
T S T
D L
n n n n
m
D D
n
m
nc
m1 3 1
1
1
1
2
�
$
� �
� �
�
%
& � & �
� � �
�"
�
�
0
3
1
1 3 1
~ ( ) ( ) ( )
T G
D D
n n
D
n
;
T S T T
D L
n n
q
q q
n
m
D D m
n
D Dq q m q
c
3 3
1
2
0
�
$
� �
� �
�
�
�
& � & �( )
� � �
�"
3
1( ) ( )n
D
n
q
G , q 2 3, ,
(14)
ãäå
G T S
D
n
D L
n n n n
m
=
c
1 1 3
1 1 1
1
1
11( ) ( ) ( )~ ( )
��
$
� �
�
%
& �
"
1
2
1 1
0
1
3
1
1 1 3
�
�
~ ~( ) ( ) ( )
T T
D D
n
m
n
D D
n n
m
�
�
�
�
& �
�
~ ~( ) ( )
T T
D D
n
W
n
D D
n
W
n
m W1 1
1 1
� �
& � & �
;
À. Â. Æèëüöîâ
10 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
G = T S T
D
n
D L
n n
q
q q
n
m
Dq q q
c( ) ( ) ( )
��
1 1 1
1
2
3
1
�
$
� �
�
& �
"
D m
n
D D
n
m q
�
�
�
�
& �
�
1
0
3
1
3
T
( )
�
T T
D D W
n
D D W
n
q W q W
� �
& � & �1
;
~ ( ) ( )
T T T
D L
n
D L n VL
n= c
1 3 1 3 3
$ ,
~
( )
( ) ( )
T T T
D L
n
D L n VL
n= c
1 3 1 3 3
1 1
1
�
$ ;
~ ( ) ( )
T T T
D D
n
D D n VD
n
m m m
= c
1 1
$ ,
~
( )
( ) ( )
T T T
D D
n
D D n VD
n
m m m
= c
1 1
1 1
1
�
$ , m 1 2 3, , ;
~ ( ) ( )
T T T
D D
n
D D n VD
n
W W W
= c
1 1
$ ,
~
( )
( ) ( )
T T T
D D
n
D D n VD
n
W W W
= c
1 1
1 1
1
�
$ .
Ñèñòåìà àëãåáðàè÷åñêèõ óðàâíåíèé (14) ñîâìåñòíî ñ óðàâíåíèåì (8)
ìîæåò áûòü ðåøåíà îäíèì èç ïðÿìûõ ìåòîäîâ èëè ìåòîäîì áëî÷íûõ
èòåðàöèé. Îäíàêî, êàê ïîêàçûâàþò ðåçóëüòàòû ÷èñëåííîãî ðåøåíèÿ àíà-
ëîãè÷íûõ çàäà÷, ïðè ÷èñëå íåèçâåñòíûõ áîëåå òðåõñîò ìåòîä áëî÷íûõ
èòåðàöèé ÿâëÿåòñÿ áîëåå ýêîíîìíûì îòíîñèòåëüíî âû÷èñëèòåëüíûõ çàò-
ðàò, ÷òî àêòóàëüíî ïðè ïðîâåäåíèè ìíîãîâàðèàíòíûõ ðàñ÷åòîâ.
Ïîñëå îïðåäåëåíèÿ ìãíîâåííûõ ïëîòíîñòåé âèõðåâûõ òîêîâ â ìàññèâ-
íûõ ïðîâîäíèêàõ è òîêîâ íàìàãíè÷åííîñòè íà ãðàíèöå ìàãíèòîïðîâîäà
íàõîäèì ðàñïðåäåëåíèå ìãíîâåííûõ îáúåìíûõ ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèõ ñèë
â ñå÷åíèè ïðîâîäíèêà â æèäêîé ôàçå:
F B e e( , ) [ ( , ), ( , )] ( , ) ( , ) ( , )Q t Q t Q t Q t B Q t Q tr z z
� � �
1 1 1
B Q tr ( , ). (15)
Íà îñíîâàíèè (15), èñïîëüçóÿ ìåòîä ïîëíîãî îñðåäíåíèÿ, ìîæåì çàïèñàòü
çíà÷åíèÿ ïðîåêöèé îáúåìíîé ïëîòíîñòè ñèë, ñîîòâåòñòâóþùèõ n-ìó âðå-
ìåííîìó ñëîþ:
F B
ri
n
i
n
zi
n( ) ( )
�
& �
1
, F B
zi
n
i
n
ri
n( ) ( )
�
& �
1
, i N D 1 2
1
, ,..., , (16)
ãäåB r
n
r
n
r
n
rN
nB B B
D
( ) ( ) ( ) ( )
{ , ,..., }
1 2
1
,B z
n
z
n
z
n
zN
nB B B
D
( ) ( ) ( ) ( )
{ , ,..., }
1 2
1
— âåêòîð-ñòîëá-
öû, îïðåäåëÿåìûå ñîîòíîøåíèÿìè
B S R R Rr
n -
D D W
n
m
D D m
n
D DW m
( )
� �
�
�
'�
� �
�
�
& � & �0
1
1
1
2
0
1 1 1 3
" � �
& � & �
3 1 3
n
D L
n
�
�
�
�
�
�
�
R ,
B S Z Z Zz
n -
D D W
n
m
D D m
n
D DW m
( )
� �
�
�
'�
� �
�
�
& � & �0
1
1
1
2
0
1 1 1 3
" � �
& � & �
3 1 3
n
D L
n
�
�
�
�
�
�
�
Z .
Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ ñèëû (16) èñïîëüçóþòñÿ ïðè ðåøåíèè ãèäðîäèíà-
ìè÷åñêîé çàäà÷è.
Ãèäðîäèíàìè÷åñêàÿ çàäà÷à. Ñèñòåìà èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ
óðàâíåíèé. Ìîäåëèðîâàíèå ïîëÿ ñêîðîñòåé â ìåðèäèàííîì ñå÷åíèè ïðî-
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 11
âîäíèêà â æèäêîé ôàçå ñâîäèòñÿ ê ñëåäóþùåé ñèñòåìå èíòåãðî-äèôôåðåí-
öèàëüíûõ óðàâíåíèé â ïåðåìåííûõ âèõðü — ôóíêöèÿ òîêà, ýêâèâàëåíò-
íûõ óðàâíåíèÿì Íàâüå—Ñòîêñà [4]:
( )( , ) ( , ) ( , ) ( , )M t T Q M dl M t T Q M dsM
L
M
D
1 1
� �
, Q L
1
; (17)
�
�
) )
t
M t T Q M ds M t M t T Q M dsM
D
M( , ) ( , ) ( ( , ), ( , )) ( , )
1
�
� V grad
D
1
�
� �
v M t T Q M dl M t T Q M dsM
L
M
D
*
+
�
( , ) ( , ) ( , ( , )) ( , )
1 1
1
e Frot 2� )v Q t*
( , ),
Q L
�
1
; (18)
�
�
) )
t
M t T Q M ds M t M t T Q M dsM
D
M( , ) ( , ) ( ( , ), ( , )) ( , )
1
�
� V grad
D
1
�
� �
v M t T Q M dl M t T Q M dsM
L
M
D
*
+
�
( , ) ( , ) ( , ( , )) ( , )
1 1
1
e Frot , Q L
1
;
(19)
2
1
� )
�
�
) )v Q t
t
M t T Q M ds M t M tM
D
( , ) ( , ) ( , ) ( ( , ), ( , )� �
�
V grad ) ( , )T Q M dsM
D
1
�
� �
v M t T Q M dl M t T Q M dsM
L
M
D
*
+
�
( , ) ( , ) ( , ( , )) ( , )
1
1
e Frot , Q D
1
.
(20)
Çäåñü (( , )M t , * ( , )M t — çíà÷åíèÿ ìãíîâåííîé ïëîòíîñòè ïðîñòîãî ñëîÿ â
òî÷êå M L
1
; ) ( , )M t — ìãíîâåííîå çíà÷åíèå âèõðÿ â òî÷êå M D
1
; v —
êèíåìàòè÷åñêàÿ âÿçêîñòü æèäêîãî ìåòàëëà; F ( , )M t — îáúåìíàÿ ìãíî-
âåííàÿ ïëîòíîñòü âíåøíèõ ñèë â òî÷êå M, â òîì ÷èñëå ýëåêòðîìàãíèòíûõ;
) ,
* *
( , ) ( , )Q t
h
Q t
2
2
, Q L
�
1
— êðàåâîå óñëîâèå Òîìà [12], ãäå Q*
ëåæèò
íà ïðåäêîíòóðå L
1
* �
è íà íîðìàëè nQ ê L
1
�
â òî÷êå Q (ñì. ðèñóíîê, á); h —
ðàññòîÿíèå îò L
1
�
äî L
1
* �
ïî íîðìàëè;, ( , )Q t — ôóíêöèÿ òîêà, îïðåäåëÿåìàÿ
ñîîòíîøåíèåì
,
�
)
�
(( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , )Q t M t T Q M ds M t T Q M dlM
D
M
L
�
� �
1
2
1
2
1 1
. (21)
À. Â. Æèëüöîâ
12 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå ñâÿçü V rot , çàïèñûâàåì âûðàæåíèå äëÿ
ñêîðîñòè:
V b b( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , )Q t M t Q M ds M t Q M dsM
D
M
L
�
� �
1
2
1
2
1 1
�
)
�
( , (22)
ãäå b( , )Q M îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì (4). Çäåñü ó÷òåíî, ÷òî â ðàññìàò-
ðèâàåìîì îñåñèììåòðè÷íîì ñëó÷àå , ,r z 0 è , ,
�
.
Ïðåîáðàçîâàíèå ñèñòåìû óðàâíåíèé (18) — (20). Ïðè ÷èñëåííîì
ðåøåíèè ïðèâåäåííîé ñèñòåìû èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé
âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü â àïïðîêñèìàöèè ïðîñòðàíñòâåííûõ ïðîèçâîä-
íûõ îò íåèçâåñòíûõ ôóíêöèé, à èìåííî grad ) ( , )M t , êîíå÷íîìåðíûìè
àíàëîãàìè. Ýòî ïðèâîäèò ê äîïîëíèòåëüíûì ïîãðåøíîñòÿì. Äëÿ òîãî ÷òî-
áû ýòîãî èçáåæàòü, ïðåîáðàçóåì ñèñòåìó óðàâíåíèé ê âèäó, ãäå óêàçàííûå
ïðîèçâîäíûå óæå îòñóòñòâóþò.
Èòàê, ó÷èòûâàÿ, ÷òîdivV 0â D
1
è V( , )M t 0, M L
1
, çàïèñûâàåì [11]:
( ( , ), ( , )) ( , )V M t M t T Q M dsM M
D
grad )
1
�
�
) ( , ) ( ( , ), ( ( , )))M t M t T Q M dsM M
D
V grad
1
.
Äàëåå ïðèíèìàåì âî âíèìàíèå, ÷òî
grad M r r z zT Q M Q M b Q M b Q M( ( , ))
~
( , )
~
( , )
~
( , ) �b e e ,
ãäå
~
( , ) ( / ) ( , )b Q M r r b M Qr M Q z ,
~
( , ) ( , )b Q M b Q Mz r . Çäåñü b M Qz ( , )
îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì (5), â êîòîðîì êîîðäèíàòû òî÷åê Q è M íåîáõî-
äèìî ïîìåíÿòü ìåñòàìè.
Òàêèì îáðàçîì, çàïèñûâàåì
( ( , ), ( , )) ( , )V M t M t T Q M dsM M
D
grad )
1
�
�
) ( , ) ( ( , ),
~
( , ))M t M t Q M dsM
D
V b
1
.
Àíàëîãè÷íî íàõîäèì
( rot rot (e F F s
�
, ( , )) ( , ) ( , ) ( , )M M
D
M M
D
M t T Q M ds M t T Q M d
1
�
�
1
�
� �
� �
[F s F l( , ), ( ( , ))] ( , ), ( , )M t T Q M d M t T Q M dM M
D
M
L
grad
1 1
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 13
�
�
[F b( , )
~
( , )]M t Q M dsM
D
1
,
ãäå d dsM Ms e
�
; d dlM M Ml $ ; $ M — âåêòîð åäèíè÷íîé äëèíû, êàñà-
òåëüíûé ê ãðàíèöå L
1
â òî÷êå M è ëåæàùèé â ìåðèäèàííîé ïëîñêîñòè (ñì.
ðèñóíîê á).
 ðåçóëüòàòå, çàìåíÿÿ â ñèñòåìå (18) — (20) ñîîòâåòñòâóþùèå èíòå-
ãðàëû íàéäåííûìè âûðàæåíèÿìè, ïðèõîäèì ê ñèñòåìå èíòåãðî-äèôôå-
ðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé, â êîòîðîé óæå îòñóòñòâóþò ïðîñòðàíñòâåííûå
ïðîèçâîäíûå îò èñêîìûõ ôóíêöèé:
�
�
) )
t
M t T Q M ds M t M t Q M dsM
D
M
D
( , ) ( , ) ( , )( ( , ),
~
( , ))
1 1
� �
V b
�
� �
v M t T Q M dl M t T Q M dM
L
M
L
*
+
( , ) ( , ) ( , ) ( , )
1 1
1
F l
�
�
1
2
1
+
� )[ ( , ),
~
( , )] ( , )
*
F bM t Q M ds v Q tM
D
, Q L
�
1
; (23)
�
�
) )
t
M t T Q M ds M t M t Q M dsM
D
M
D
( , ) ( , ) ( , )( ( , ),
~
( , ))
1 1
� �
V b
�
� �
v M t T Q M dl M t T Q M dM
L
M
L
*
+
( , ) ( , ) ( , ) ( , )
1 1
1
F l
�
�
1
1
+
[ ( , ),
~
( , )]F bM t Q M dsM
D
, Q L
1
; (24)
2
1
� )
�
�
) )v Q t
t
M t T Q M ds M t M t QM
D
( , ) ( , ) ( , ) ( , )( ( , ),
~
(�
�
V b , ))M dsM
D
1
�
�
� �
v M t T Q M dl M t T Q M dM
L
M
L
*
+
( , ) ( , ) ( , ) ( , )
1 1
1
F l
�
�
1
1
+
[ ( , ),
~
( , )]F bM t Q M dsM
D
, Q D
1
.
(25)
Àïïðîêñèìàöèÿ ïî ïðîñòðàíñòâåííûì ïåðåìåííûì. Êàê è ïðè
ðåøåíèè ýëåêòðîìàãíèòíîé çàäà÷è, ðàçáèâàåì ñå÷åíèå D
1
ïðîâîäíèêà â
À. Â. Æèëüöîâ
14 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
æèäêîé ôàçå íà N D
1
ýëåìåíòàðíûõ îáëàñòåé " S i
1
, i N D 1 2
1
, ,..., , à åãî
ãðàíèöó L
1
�
, L
1
ñîîòâåòñòâåííî íà N
L
1
�
, N
L
1
ýëåìåíòàðíûõ ó÷àñòêîâ "Li
1
,
i N L 1 2
1
, ,..., , N N N
L L L
1 1 1
�
�
. Ïðèìåíÿÿ ìåòîä ïîëíîãî îñðåäíåíèÿ, ñèñ-
òåìó óðàâíåíèé (17), (23) — (25) àïïðîêñèìèðóåì ñëåäóþùåé ñèñòåìîé
óðàâíåíèé:
T TL L L Dt t
1 1 1 1
( )( ) ( )
; (26)
�
�
) )
t
t t t t v
L D L D r L D z L
T R V Z V T
1 1 1 1 1 1 1
� � �
�
( ) [
~
( )
~
( )] ( )
�
L
t
1
* ( )
�
�1
2
1
1
+
� )F L
L
t v t( ) ( )
*
" ;
(27)
�
�
) )
t
t t t t v
L D L D r L D z L
T R V Z V T
1 1 1 1 1 1 1
�
( ) [
~
( )
~
( )] ( )
L L
t t
1 1
1
*
+
( ) ( )F ; (28)
2
1 1 1 1 1 1 1
� )
�
�
) )v t
t
t t tD D D D r D D z"S T R V Z V( ) ( ) [
~
( )
~
( )]�
� ( )t
v t tD L DT F
1 1 1
1
*
+
( ) ( ).
(29)
Çäåñü ( ( ( (( ) { ( ), ( ),..., ( )}t t t tN L
1 2
1
,* * * *( ) { ( ), ( ),..., ( )}t t t tN L
1 2
1
— âåêòîð-
ñòîëáöû, ýëåìåíòàìè êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ çíà÷åíèÿ ìãíîâåííîé ïëîòíîñòè
ïðîñòîãî ñëîÿ â öåíòðå ýëåìåíòàðíîãî ó÷àñòêà "Li
1
, i N L 1 2
1
, ,..., ; ) ( )t
{ ( ), ( ),..., ( )}) ) )
1 2
1
t t tN D
— âåêòîð-ñòîëáåö, ýëåìåíòàìè êîòîðîãî ÿâëÿþò-
ñÿ ìãíîâåííûå çíà÷åíèÿ âèõðÿ â öåíòðå ýëåìåíòàðíîé îáëàñòè "S i
1
,
i N D 1 2
1
, ,..., ; ) ) ) )
-
%
-
'
- -
( ) { ( ), ( ),..., ( )}t t t tN
L
�
1
— âåêòîð-ñòîëáåö, ýëåìåíòà-
ìè êîòîðîãî ÿâëÿþòñÿ ìãíîâåííûå çíà÷åíèÿ âèõðÿ â öåíòðå ýëåìåíòàð-
íîãî ó÷àñòêà " Li
1
�
, i N
L
�
1 2
1
, ,..., ; " " " "L
1 1
1
1
2
1
1
� � �
�
�
diag{ , ,..., }L L L
N
L
— äèà-
ãîíàëüíàÿ ìàòðèöà ðàçìåðíîñòè N N
L L
1 1
� �
# , åå ýëåìåíòàìè ÿâëÿþòñÿ äëè-
íû îòðåçêîâ "Li
1
�
, i N
L
�
1 2
1
, ,..., , íà êîòîðûå ðàçáèâàåòñÿ ãðàíèöà L
1
�
;
F T F R F Z F
L L L
L
L D z L D rt t t t
1 1 1 1 1 1 1
. . . .
�
( ) ( )
~
( )
~
( )
$
;
F T F R F Z FD D L
L
D D z D D rt t t t
1 1 1 1 1 1 1
( ) ( )
~
( )
~
( ) �
$
,
ãäåF
$
$ $
L
ri
L
ri zi
L
zit F t F t( ) { ( ) ( ) } � , i N
L
1 2
1
, ,..., , — âåêòîð-ñòîëáåö, êîìïî-
íåíòû êîòîðîãî îïðåäåëÿþòñÿ ÷åðåç çíà÷åíèÿ ïðîåêöèé ìãíîâåííûõ îáúåì-
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 15
íûõ ñèë â öåíòðàõ ýëåìåíòàðíûõ ó÷àñòêîâ "Li
1
, i N L 1 2
1
, ,..., , ãðàíèöû L
1
;$ i
�$ $ri r zi ze e — âåêòîð åäèíè÷íîé äëèíû, íàïðàâëåííûé ïî êàñàòåëüíîé ê
ýëåìåíòàðíîìó ó÷àñòêó "Li
1
, i N L 1 2
1
, ,..., ; Fr r r rNt F t F t F t
D
( ) { ( ), ( ),..., ( )}
1 2
1
,
Fz zt F t( ) { ( ),
1
F t F tz zN D2
1
( ), ..., ( )} — âåêòîð-ñòîëáöû, ýëåìåíòàìè êîòîðûõ
ÿâëÿþòñÿ ïðîåêöèè ìãíîâåííîé ïëîòíîñòè ñèëû F tri ( ), F tzi ( )íà îñè Or è Oz â
öåíòðå ýëåìåíòàðíîé îáëàñòè " S i
1
, i N D 1 2
1
, ,..., . Â óðàâíåíèÿõ (26) — (29)
òàêæå ââåäåíû îáîçíà÷åíèÿ äëÿ ìàòðèö T,
~
R,
~
Z, Vr , Vz àíàëîãè÷íî òîìó,
êàê ýòî ñäåëàíî â óðàâíåíèÿõ (9) — (11).
Äàëåå, íà îñíîâàíèè âûðàæåíèÿ (22) ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà ïîëíî-
ãî îñðåäíåíèÿ çàïèñûâàåì ñëåäóþùèå ñîîòíîøåíèÿ ñ ó÷åòîì (26):
V Vrr t t*
( ) ( ) � ) ; V Vzz t t*
( ) ( ) � ) ,
ãäå Vr r r rNt V t V t V t
D
*
( ) { ( ), ( ),..., ( )}
1 2
1
, Vz z z zNt V t V t V t
D
*
( ) { ( ), ( ),..., ( )}
1 2
1
—
âåêòîð-ñòîëáöû, êîìïîíåíòàìè êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ ìãíîâåííûå ïðîåêöèè
ñêîðîñòè;
Vr S R R T T
1
2
1
1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
�
" ( )D D D L L L L D ;
Vz S Z Z T T
1
2
1
1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
�
" ( )D D D L L L L D .
Íà îñíîâàíèè (21) è ìåòîäà ïîëíîãî îñðåäíåíèÿ ñ ó÷åòîì âûðàæåíèÿ
(26) çàïèñûâàåì ñîîòíîøåíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ îïðåäåëåíèÿ âåêòîð-
ñòîëáöà , , , ,( ) { ( ), ( ),..., ( )}t t t tN D
1 2
1
, êîìïîíåíòàìè êîòîðîãî ÿâëÿþòñÿ
çíà÷åíèÿ ôóíêöèè òîêà â ñîîòâåòñòâóþùèõ ýëåìåíòàðíûõ îáëàñòÿõ "S i
1
,
i N D 1 2
1
, ,..., :
, )
,
( ) ( )t t
D D
T
1 1
,
ãäå
T S T T T T
D D D D D L L L L D
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1
2
1
1 1,
�
" ( ) .
Ââîäÿ ìàòðèöó E ðàçìåðíîñòè N N
L D
1 1
�
# ïî ïðàâèëó [3],
Eij
jS
1
1
,åñëè îáëàñòü ïðèëåãàåò ê ó àñòêó ãðàíèöû"
åñëè îáëàñòü íå ïðèëåãàåò ê ó àñòêó ã
"
"
L
S
i
j
1
1
0
�
;
, ðàíèöû "Li
1
�
/
0
1
2
1 ,
i N
L
�
1 2
1
, ,..., , j N D 1 2
1
, ,..., ,
íàõîäèì ðàñïðåäåëåíèå ôóíêöèè òîêà íà ïðèãðàíè÷íûõ ýëåìåíòàõ:
, )
- ,
( ) ( )t t
D D
ET
1 1
.
À. Â. Æèëüöîâ
16 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
÷
÷
Òîãäà ãðàíè÷íîå óñëîâèå äëÿ ôóíêöèè âèõðÿ â ìàòðè÷íîé ôîðìå ìîæåò
áûòü çàïèñàíî òàê:
) )
-
( ) ( )
*t t
L D
�
T
1 1
,
ãäå
T ET
L D D D
h1 1 1 1
2
2
�
* ,
.
Ðàçíîñòíàÿ ñõåìà äëÿ ðåøåíèÿ óðàâíåíèé (26) — (29). Àíàëîãè÷íî
òîìó, êàê áûëî ñäåëàíî ïðè îïèñàíèè àëãîðèòìà ðåøåíèÿ ñèñòåìû äèôôå-
ðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé ïî âðåìåíè, ê ðåøåíèþ êîòîðûõ ñâîäèòñÿ çàäà÷à
îïðåäåëåíèÿ âèõðåâûõ òîêîâ, çàïèñûâàåì ðàçíîñòíóþ ñõåìó äëÿ ñèñòåìû
óðàâíåíèé (27) — (29), ïîçâîëÿþùóþ ïåðåéòè îò( )n
1 -ãî âðåìåííîãî ñëîÿ
ê n-ìó:
A A B
D D
n
D L
n
D
1 1 1 1 1
) *
( ) ( )
� ,
A A B
L D
n
L L
n
L
1 1 1 1 1
� � �
� ) *
( ) ( )
, (30)
A A B
L D
n
L L
n
L
1 1 1 1 1
� ) *
( ) ( )
,
ãäå
A T S R V Z V
D D D D n n D D r
n
D D z
nvc c
1 1 1 1 1 1 1 1
2
1
�
�� $ $" (
~ ~
)
( ) ( )
; A T
D L n D L
v c
1 1 1 1
$ ;
A T L T R V
+ *
L D L D n L D n L D r
nvc c
1 1 1 1 1 1 1 1
2
1� � � �
�
�� $ $" (
~ ~( )
Z V
L D z
n
1 1
�
( )
);
A T
L L n L L
cv
1 1 1 1
� �
$ ;
A T R V Z V
L D L D n L D r
n
L D z
nc
1 1 1 1 1 1 1 1
�$ (
~ ~
)
( ) ( )
; A T
L L n L L
v c
1 1 1 1
$ ;
B T S R V Z V
D D D n D D r
n
D D z
nc v
1 1 1 1 1 1 1
1 2
1
1
[ ( ) (
~ ~( ) (
$ � "
�
1 1) ( )
)])
n
�
� �
( ) ( ) ]
( ) ( ) ( )
1 1
1 1 1 1
1 1c v c cn D L
n n
D
n
D
n
$ *
$
+
T [ F F ;
B T L T R V
+ *
L L D n L D L D r
nc v
1 1 1 1 1 1 1
1 2
1
1
� � � �
[ ( ) (
~ ( )
$ � "
�
�
~
)]
( ) ( )
Z V
L D z
n n
1 1
1 1
)
�
� �
� � �
( ) ( ) ]
( ) ( ) ( )
1 1
1 1 1 1
1 1c v c cn L L
n n
L
n
L
n
$ *
$
+
T [ F F ;
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 17
B T R V Z V
L L D n L D r
n
L D z
nc
1 1 1 1 1 1 1
1
1 1
�
�
[ ( ) (
~ ~( ) ( )
$ )]
( )
)
n
�
1
�
� �
�
�
v c c cn L L
n n
L
n
L
n
$ *
$
+
( ) ( )
( )
( )
( )
1 1
1 1 1 1
1 1
T F F�
�
�
.
Àëãîðèòì ðåøåíèÿ ñîâìåñòíîé ýëåêòðîìàãíèòíîé è ãèäðîäèíàìè-
÷åñêîé çàäà÷è.  ðåçóëüòàòå ïðèõîäèì ê èòåðàöèîííîìó ïðîöåññó îïðåäå-
ëåíèÿ ïîëÿ ñêîðîñòåé â ñå÷åíèè ïðîâîäíèêà â æèäêîé ôàçå:
1. Çàäàåì ) ( )t
0
.
2. Íàõîäèì V Vrr t t*
( ) : ( )
0 0
� ) , V Vzz t t*
( ) : ( )
0 0
� ) .
3. Èç ðåøåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîé çàäà÷è îïðåäåëÿåì FD t
1
0
( ), F
L
t
1
0�
( ),
F
L
t
1
0
( ), íà ïîëå ñêîðîñòåé Vr t*
( )
0
, Vz t*
( )
0
.
4. Ïîëàãàåì n : 1.
5. Ïîëàãàåì V Vr n r nt t*( ) *
( ) : ( )
0
1
, V Vz n z nt t*( ) *
( ) : ( )
0
1
.
6. ÏîëàãàåìF F
D n D nt t
1 1
0
1
( )
( ) : ( )
,F F
L n L nt t
1 1
0
1� �
( )
( ) : ( ),F F
L n L nt t
1 1
0
1
( )
( ) : ( ).
7. Ïîëàãàåì m: 1.
8. Ïîëàãàåì V Vr
m
n r
m
nt t*( ) *( )
( ) : ( )
1
, V Vz
m
n z
m
nt t*( ) *( )
( ) : ( )
1
.
9. Ïîëàãàåì F F
D
m
n D
m
nt t
1 1
1( ) ( )
( ) : ( )
, F F
L
m
n L
m
nt t
1 1
1
� �
( ) ( )
( ) : ( ), F
L
m
nt
1
( )
( ) :
F
L
m
nt
1
1( )
( ).
10. Ðåøàåì ñèñòåìó óðàâíåíèé (30). Â ðåçóëüòàòå íàõîäèì )
( )
( )
m
nt .
11. Íàõîäèì V Vrr
m
n
m
nt t*( ) ( )
( ) : ( )
�
�
1
) , V Vzz
m
n
m
nt t*( ) ( )
( ) : ( )
�
�
1
) .
12. Èç ðåøåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîé çàäà÷è íàõîäèì F
D
m
nt
1
1( )
( )
�
, F
L
m
nt
1
1
�
�( )
( ),
F
L
m
nt
1
1
�( )
( ) íà ïîëå ñêîðîñòåé Vr
m
nt
*( )
( )
�1
, Vz
m
nt
*( )
( )
�1
.
13. Ïðîâåðÿåì óñëîâèå
i
N
ri
m
n ri
m
n zi
m
n
D
V t V t V t V
:
( ) ( ) ( )
( ( ) ( )) ( ( )
� �
�
�
1
1 2 1
1
zi
m
nt
( )
( ))
2
1
3 4 ,
ãäå 4
1
— çàäàííàÿ àáñîëþòíàÿ ïîãðåøíîñòü. Åñëè îíî íå âûïîëíÿåòñÿ, òî
ïåðåõîäèì ê ïóíêòó 14, èíà÷å — ê ïóíêòó 15.
14. Ïîëàãàåì m m: �1è ïåðåõîäèì ê ïóíêòó 8.
15. Íàõîäèì V Vr n r
m
nt t* *( )
( ) : ( )
�1
, V Vz n z
m
nt t* *( )
( ) : ( )
�1
.
16. Ïîëàãàåì n n: �1.
17. Ïðîâåðÿåì óñëîâèå t tn 3 . Åñëè îíî âûïîëíÿåòñÿ, òî ïåðåõîäèì ê
ïóíêòó 5, èíà÷å — ê ïóíêòó 18.
À. Â. Æèëüöîâ
18 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
18. Îêîí÷àíèå ñ÷åòà è âûâîä ðàñïðåäåëåíèÿ ïîëÿ ñêîðîñòåé Vr nt
*
( ),
Vz nt
*
( ).
Íà îñíîâàíèè ïðåäëîæåííîãî àëãîðèòìà ðàçðàáîòàíà ïðîãðàììà íà
ÿçûêå FORTRAN. Ïðîâåäåíèåì ñåðèè ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ áûë èñ-
ñëåäîâàí ïîðÿäîê òî÷íîñòè ïðåäñòàâëåííûõ ðàçíîñòíûõ ñõåì ïðè c = 0,5 è
c = 1 ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðîöåññà Ýéòêåíà [13].  Óñòàíîâëåíî, ÷òî â ñëó÷àå
c = 0,5 ñõåìà èìååò âòîðîé ïîðÿäîê òî÷íîñòè, â ñëó÷àå c = 1 — ïåðâûé ïî-
ðÿäîê òî÷íîñòè. Ýòî ïîäòâåðæäàåò èçâåñòíûé èç òåîðèè ðàçíîñòíûõ ñõåì
ôàêò. Àïïðîêñèìàöèÿ ïî ïðîñòðàíñòâåííûì ïåðåìåííûì ñ èñïîëüçîâà-
íèåì ìåòîäà ïîëíîãî îñðåäíåíèÿ èìååò ïåðâûé ïîðÿäîê òî÷íîñòè, ÷òî
òàêæå ïîäòâåðæäåíî ÷èñëåííûìè ýêñïåðèìåíòàìè.
Âûâîä. Ïîëó÷åííûå èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûå óðàâíåíèÿ äëÿ ìî-
äåëèðîâàíèÿ ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà â ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ óñòðîéñò-
âàõ ñ æèäêèìè ïðîâîäíèêàìè, â êîòîðûõ èñêëþ÷åíû ïðîèçâîäíûå ïî
ïðîñòðàíñòâåííûì ïåðåìåííûì, ïîçâîëÿþò óñòðàíèòü íåèçáåæíûå ïîãðåø-
íîñòè ïðè èõ àïïðîêñèìàöèè êîíå÷íîìåðíûìè àíàëîãàìè, êàê íàïðèìåð â
êîíå÷íî-ðàçíîñòíîì ìåòîäå è ìåòîäå êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ. Ïîñêîëüêó èíòå-
ðåñ ïðåäñòàâëÿåò ðàñïðåäåëåíèå ïîëÿ â îãðàíè÷åííîì ïðîñòðàíñòâå, à èìåííî
â æèäêîì ïðîâîäíèêå, ïðåäëîæåííûé ìåòîä ðàñ÷åòà ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèõ
óñèëèé íà îñíîâå èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé â äàííîì ñëó÷àå
ÿâëÿåòñÿ îïòèìàëüíûì îòíîñèòåëüíî óìåíüøåíèÿ ðàñ÷åòíîé îáëàñòè: èñêî-
ìûå âèõðåâûå òîêè ðàñïðåäåëåíû â îáëàñòè ìàññèâíûõ ïðîâîäíèêîâ, à òîêè
íàìàãíè÷åííîñòè — íà ãðàíèöå ôåððîìàãíèòíûõ òåë. Îñîáåííîñòüþ ïðåä-
ëîæåííîé ìåòîäèêè ÿâëÿåòñÿ òàêæå òî, ÷òî ñîâìåñòíàÿ ýëåêòðîìàãíèòíàÿ è
ãèäðîäèíàìè÷åñêàÿ çàäà÷à ðåøàåòñÿ íà îáùåé ñåòêå.
Òàêèì îáðàçîì, ðàçðàáîòàííàÿ êîìïüþòåðíî-îðèåíòèðîâàííàÿ ìàòåìà-
òè÷åñêàÿ ìîäåëü íåñòàöèîíàðíîãî ÌÃÄ ïðîöåññà â ðàññìàòðèâàåìîì êëàññå
óñòðîéñòâ, â îñíîâå êîòîðîé ëåæèò ñâåäåíèå êðàåâîé çàäà÷è äëÿ óðàâíåíèé
ýëåêòðîäèíàìèêè è óðàâíåíèé Íàâüå—Ñòîêñà ê ñèñòåìå èíòåãðî-äèôôåðåí-
öèàëüíûõ óðàâíåíèé, ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî îñóùåñòâëÿòü ðàñ÷åò ïîëÿ ñêî-
ðîñòåé â æèäêîì ïðîâîäíèêå.
The mathematical model of a non-stationary magnetohydrodynamic process in the axially
symmetric electrical engineering device with a fluid conductor is constructed on the basis of the
integro-differential equations. Due to decomposition the problem is reduced to the solution of
two subtasks: electromagnetic and hydrodynamic ones. A distinction of the latter subtask is the
absence in the integro-differential equations, to which solution it is reduced, the space variable
derivatives of decision functions that eliminates the errors brought to the end result from their
approximation by finite-dimensional analogs.
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåóñòàíîâèâøåãîñÿ ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 1 19
1. Äóáîäåëîâ Â. È., Åâäîêèìîâ Â. Ô., Êîíäðàòåíêî È. Ï. è äð. Îñåñèììåòðè÷íàÿ èíòå-
ãðàëüíàÿ ìîäåëü ðàñïðåäåëåíèÿ ñèíóñîèäàëüíûõ òîêîâ â ñèñòåìå êðèñòàëëèçàòîð ñ
ïîãðóæíûì ñòàêàíîì — óñòðîéñòâî ýëåêòðîìàãíèòíîãî òîðìîæåíèÿ ìàøèíû íåïðå-
ðûâíîãî ëèòüÿ çàãîòîâîê êðóãëîãî ñå÷åíèÿ è àëãîðèòìû åå êîìïüþòåðíîé ðåàëèçàöèè //
Çá. íàóê. ïðàöü ²ÏÌÅ ³ì. Ã. ª. Ïóõîâà ÍÀÍ Óêðà¿íè. — Êè¿â : ²ÏÌÅ ÍÀÍ Óêðà¿íè,
2005. — Âèï. 34. — Ñ. 3 — 20.
2. Ïîäîëüöåâ À. Ä., Êó÷åðÿâàÿ È. Í. Ýëåìåíòû òåîðèè è ÷èñëåííîãî ðàñ÷åòà ýëåêòðî-
ìàãíèòíûõ ïðîöåññîâ â ïðîâîäÿùèõ ñðåäàõ. — Êèåâ : Èí-ò ýëåêòðîäèíàìèêè ÍÀÍ
Óêðàèíû, 1999. — 363 ñ.
3. Æèëüöîâ À. Â. Èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíàÿ ìîäåëü äëÿ ðàñ÷åòà âèõðåâûõ òîêîâ è ýëåêòðî-
äèíàìè÷åñêèõ óñèëèé â ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ ñ æèäêèìè ïðîâîäíèêàìè,
ñîñòîÿùèìè èç ñîîñíî ðàñïîëîæåííûõ òåë âðàùåíèÿ // Çá. íàóê. ïðàöü ²ÏÌÅ ³ì. Ã. ª. Ïó-
õîâà ÍÀÍ Óêðà¿íè. — Êè¿â : ²ÏÌÅ ÍÀÍ Óêðà¿íè, 2007. — Âèï. 39. — Ñ. 3—12.
4. Æèëüöîâ À. Â. Èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíàÿ ìîäåëü äëÿ ðàñ÷åòà ïîëÿ ñêîðîñòåé â
æèäêîì ïðîâîäíèêå ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî óñòðîéñòâà, ñîñòîÿùåãî èç ñîîñíî ðàñïîëî-
æåííûõ òåë âðàùåíèÿ // Òàì æå. — 2007. — Âèï. 38. — Ñ. 3 — 9.
5. Òîçîíè Î. Â., Ïåòðóøåíêî Å. È. Ðàñ÷åò ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ â òîêîïðîâîäàõ//Òåîðå-
òè÷åñêàÿ ýëåêòðîòåõíèêà. — Ëüâîâ: Ëüâîâñêèé óí-ò, 1966. — Âûï. 2. — Ñ. 144 — 147.
6. Êâà÷åâ Ã. Ñ., Ïåòðóøåíêî Å. È. Ðàñ÷åò ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ â ìàãíèòîôóãàëüíûõ
äâèãàòåëÿõ //Íàóêà è òåõíèêà â ãîðîäñêîì õîçÿéñòâå. — Êèåâ : Áóä³âåëüíèê, 1966. —
Âûï. VII. — Ñ. 3 — 10.
7. Ïåòðóøåíêî Å. È., Êâà÷åâ Ã. Ñ. Ðàñ÷åò ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ â îñåñèììåòðè÷íûõ óñò-
ðîéñòâàõ//Òåîðåòè÷åñêàÿ ýëåêòðîòåõíèêà. — Ëüâîâ : Ëüâîâñêèé óí-ò, 1967. — Âûï. 3. —
Ñ. 141 — 146.
8. Êâà÷åâ Ã. Ñ., Ïåòðóøåíêî Å. È., Áåññàðàá Í. È. Î ÷èñëåííîì ðåøåíèè óðàâíåíèé
äèíàìèêè ìàãíèòîôóãàëüíîãî äâèãàòåëÿ //Íàóêà è òåõíèêà â ãîðîäñêîì õîçÿéñòâå. —
Êèåâ : Áóä³âåëüíèê, 1967. — Âûï. VIII. — Ñ. 3—19.
9. Ïåòðóøåíêî Å. È. Ê ðàñ÷åòó âèõðåâûõ òîêîâ â ïðîâîäíèêàõ ñëîæíîé ôîðìû // Èçâ.
ÀÍ ÑÑÑÐ. Ýíåðãåòèêà è òðàíñïîðò. — 1969. — ¹ 1. — Ñ. 102—115.
10. Æèëüöîâ À. Â. Ìîäåëèðîâàíèå ïåðåõîäíûõ ÌÃÄ ïðîöåññîâ â ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ
óñòðîéñòâàõ ñ æèäêèì ïðîâîäíèêîì è íåëèíåéíûì ìàññèâíûì ìàãíèòîïðîâîäîì íà
îñíîâå ñóììàðíûõ ñõåì // Çá. íàóê. ïðàöü ²ÏÌÅ ³ì. Ã. ª. Ïóõîâà ÍÀÍ Óêðà¿íè. —
Êè¿â : ²ÏÌÅ ÍÀÍ Óêðà¿íè, 2007. — Âèï. 42. — Ñ. 3—22.
11. Æèëüöîâ À. Â. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü íåñòàöèîíàðíîãî ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà
â êðèñòàëëèçàòîðå ÌÍËÇ íà îñíîâå èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé // Òàì æå. —
2007. — Âèï. 43. — Ñ. 3 — 14.
12. Ðîó÷. Ï. Âû÷èñëèòåëüíàÿ ãèäðîäèíàìèêà. — Ì. : Ìèð,1980. — 616 ñ.
13. Êàëèòêè Í. Í. ×èñëåííûå ìåòîäû. — Ì. : Íàóêà, 1978. — 512 ñ.
Ïîñòóïèëà 01.04.08;
ïîñëå äîðàáîòêè 23.09.08
ÆÈËÜÖΠÀíäðåé Âëàäèìèðîâè÷, êàíä. òåõí. íàóê, ñò. íàó÷í. ñîòð. Èí-òà ïðîáëåì ìîäåëè-
ðîâàíèÿ â ýíåðãåòèêå èì. Ã. Å. Ïóõîâà ÍÀÍ Óêðàèíû.  1997 ã. îêîí÷èë Ñèìôåðîïîëüñêèé
ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èì. Ì. Â. Ôðóíçå (Òàâðè÷åñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò
èì. Â. È. Âåðíàäñêîãî). Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — òåîðåòè÷åñêèå îñíîâû ýëåêòðî-
òåõíèêè, ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ.
À. Â. Æèëüöîâ
20 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 1
|