雷电电磁脉冲对人体危险影响的机理与计算模型研究

本课题研究在不同温度情况下，雷电电磁脉冲对人体危险影响机理和计算模型，其涉及生物电磁学、计算电磁学和大气物理等学科，是一项多学科交叉的科研课题。在计算模型方面，采用时域矩量法，配合大型方程组的快速求解器，研究具有多通道的雷电放电时域电磁场计算模型，以获得对雷电放电现象更真实的模拟。对于人体内外存在的电磁场跃变现象，采用时域不连续Galerkin有限元方法计算脉冲电磁场的扩散和传播。从实验方法方面，采用阻抗测量和场量反推两种方式，建立皮肤和肌肉组织电磁特性宽频带的系统测量方法。本课题的研究可望取得以下方面的进展：1、复杂色散媒质中，存在跃变现象的时域电磁场计算和仿真方法；2、脉冲电磁场在人体中电磁能量的时空分布规律；3、雷电多通道时域仿真技术；4、生物体组织电磁参数的系统化测量方法。本课题可为建立雷电对人体危险影响评估平台提供理论指导，以提升雷电对人体危险影响防护的研究水平。

雷电电磁脉冲对电气电子系统的电磁兼容性研究已经比较广泛和深入，从雷电的电磁模型到雷电对的电气电子系统的防护，国际电工委员会均制定有相应的导则或者标准。但是，雷电电磁脉冲对人体危险影响的机理和相关的电磁计算模型的研究，是一个全新的课题。.本项目的研究内容为雷电电磁脉冲对人体危险影响的机理和计算模型，完成了雷电电磁脉冲近场传播模型，雷电电磁脉冲对人体危险影响的计算和评估。.主要研究成果如下：1.对于考虑雷电通道电流传播的时空特性，提出了雷电脉冲电磁场的快速计算方法，总体来讲，本研究的计算方法相比传统的积分方法可提高计算效率10倍以上。2.对于有倾斜和分支的雷电电磁场，提出了一种基于天线理论的计算方法，研究表明倾斜或者分支雷电通道对于雷电脉冲电磁场近区场影响较大。当人位于该区域时，应考虑雷电通道的几何形状。3.建立了人体中雷电电磁脉冲作用下，考虑其传导耦合效应的雷电脉冲放电模型，分析了不用雷电脉冲对人体传导性耦合影响。对于雷电脉冲电磁辐射分量，建立了人体的圆柱和椭球模型，并分析了其效应。.本项目建立的雷电脉冲电磁场模型及其对人体等效电路的模型，为定量评估雷电脉冲电磁场对人体的危险影响提供了计算手段。