前言
Preface隨著計算機技術的迅速發(fā)展，數(shù)值計算在深入拓展到各工程、物理學科領域的同時，也進一步擴展到經(jīng)濟、環(huán)境和生態(tài)等社會學科領域。實踐表明，許多以工程經(jīng)驗判斷、定性分析為依據(jù)的工程設計，現(xiàn)正逐步發(fā)展為以計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助工程（CAE）技術等定量化的工程優(yōu)化設計。當應用數(shù)值計算方法解決各類物理或者非物理問題時，首先必須建立數(shù)學模型，然后才能在此模型的基礎上進行實際問題的理論分析和仿真驗證。本書是在電磁學理論、電磁場數(shù)值方法等系列教科書的基礎上，面對工程實際問題，從電磁場數(shù)學模型、典型數(shù)值方法、常用軟件的仿真算例等方面逐步展開，基于案例式教學方法形成的一本教材。希望借此教材，讓讀者能從抽象的電磁學理論中突圍，借助于仿真工具更好地理解電磁場的基本特征；基于圖形化的展示方式，避免過去單純理論學習時的枯燥乏味，提升讀者的學習興趣和效果�；仡欕姶艑W類課程的教學內容，電磁場理論主要包括靜電場、靜磁場、恒定電場、時變電磁場和電磁波，各個知識點的應用領域也涉及能源動力、電力、電信、遙感和信息傳播等領域，分別具有各自顯著的特征。近年來新技術的不斷出現(xiàn)，電磁場及其分析技術教材涉及的內容也越來越多，范圍越來越廣。關于電磁場理論、電磁場數(shù)值計算方面的教材不下數(shù)十種，其中不乏優(yōu)秀的教材，為電磁場分析技術的研究傳播和推廣應用發(fā)揮了巨大的作用。武漢大學電氣工程及其自動化專業(yè)采用的《工程電磁場》由楊憲章教授主編，是普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材。近十余年來，該教材一直作為該校電氣專業(yè)的參考教材。楊教授的教材是一本優(yōu)秀的理論教材，但隨著工程教育的理念不斷深入，新工科的發(fā)展亟需體現(xiàn)工程教學的內容，需要一本面向電磁場工程問題，可操作性、實踐性強的仿真指導教材。從2012年起，武漢大學電氣與自動化學院電磁場課程組面臨工程電磁場可視化仿真教學的需求，參考國內同類電磁場數(shù)值分析教科書，基于案例式教學思想，形成此書雛形，并在本科生教學中試用。經(jīng)過多年來的更新迭代，不斷融入課程組各位教授的教學、科研方面的工程經(jīng)驗，以及學生的學習反饋，最終形成此教材。相比于國內外其他教材的內容，本教材在內容編排上做了諸多改進，其主要特色如下：（1）從工程應用的角度提出電磁場問題及其數(shù)值模型。本教材具有鮮明的電氣工程特色，堅持以問題對象為目標的編著思路。本教材以電氣工程中電能發(fā)、輸、配、用各個環(huán)節(jié)中常用的設備所涉及的電磁場問題為對象，依照電磁場本質特征，進行適當分類，按照工程電磁場的問題屬性，展開分析，使得不同領域的讀者都能夠很快找到適合自己的內容，更有針對性地學習和領悟本教材內容，也方便更好地學以致用。（2）突出仿真模型的構建過程細節(jié)。對于電磁場仿真技術初學者來說，仿真軟件要比深奧的建模理論更容易激發(fā)學習興趣。因此本教材在軟件的使用方面由淺入深、步步深入，從簡單的模型開始，主要以軟件操作為目標，細致地列出了軟件操作過程中可能出現(xiàn)的問題，使得初學者完全能夠利用本書輕松實現(xiàn)仿真建模的目標。本教材中第5章和第6章的某些案例完全相同，采用不同的軟件實現(xiàn)相同的分析目的。通過前期的課堂應用效果來看，本教材后半部分可以說是一個詳實的“上機作業(yè)指導書”。不需要讀者掌握太深的電磁場仿真理論，也能針對具體工程問題，進行電磁場仿真，并能舉一反三，便于讀者最終掌握仿真案例的原理和分析過程。（3）補充了工程上常用的一些數(shù)值方法和MATLAB程序。針對本書所列的典型問題，都給出了仿真程序。對于自編代碼實現(xiàn)的計算案例，書中給出了各個步驟的詳實解釋，并在書后給出了以MATLAB代碼編寫的仿真程序，方便讀者借鑒。（4）基于案例式教學方式編排學習單元。結合編者在電磁分析領域多年的科研經(jīng)驗和總結，在教材中根據(jù)工程問題的特征進行分類，分別以電場、磁場、渦流場以及運動電磁場等問題，結合輸電線路、絕緣子串、變壓器、繼電器、電機等設備，凝煉成數(shù)個典型案例，由簡單到復雜，逐步遞進，方便讀者有選擇性、針對性地學習和參考。工程電磁場數(shù)值分析
前言本教材由武漢大學杜志葉教授、阮江軍教授、張亞東教授、文武副教授和袁佳歆教授編著，博士生黃菁雯、碩士生何靖萱參與了本書第1章、第6章和第7章中插圖的繪制和部分公式的校核。杜志葉教授對全書內容進行了統(tǒng)稿和反復修改。課程組的其他老師也對本教材提出了很多寶貴的建議，在此表示衷心的感謝!由于編者水平有限，書中難免有疏漏和不妥之處，敬請讀者批評指正。編者
二〇二三年五月
于珞珈山