CST工作室套裝2017簡介10 - 粒子動力學(xué)和低頻工作室

來源：CST仿真專家之路更新時(shí)間：2024-06-26 閱讀：

本期中我們介紹一下CST其他兩個(gè)應(yīng)用方向：粒子動力學(xué)和低頻工作室。

粒子動力學(xué)

CST自成立以來就一直被用于粒子加速器研究。CST工作室套裝為設(shè)計(jì)帶電粒子裝置提供數(shù)種工具，如磁控管和電子管等微波器件和用于粒子加速器的超相對論組件。

此時(shí)粒子與場之間的非線性相互作用顯著。PIC求解器也能用于二級電子倍增效應(yīng)分析。GPU加速功能用于進(jìn)一步提高PIC求解器的性能。

為了幫助組件設(shè)計(jì)，尾場求解器(Wakefield Solver)可用來計(jì)算穿越加速器的粒子束周邊的場。這些粒子會產(chǎn)生嚴(yán)重的尾場，尾場會與加速器內(nèi)的結(jié)構(gòu)，如準(zhǔn)直儀和束流控測器相互作用，從而干擾波束。對有極高Q因數(shù)的組件，比如加速器腔體，本征模求解器能快速計(jì)算腔體的諧振模式，然后將計(jì)算結(jié)果用作PIC仿真的依據(jù)。

對靜場中的粒子，粒子跟蹤求解器能迅速計(jì)算出它們穿越裝置的軌跡，適用于電子槍和離子槍設(shè)計(jì)。粒子的空間電荷通過迭代方法可在仿真過程中包含進(jìn)來。自洽互作用(PIC)求解器是一種自洽求解器，能在單次仿真過程中直接將粒子產(chǎn)生的場考慮在內(nèi)。因此，它適用于磁控管、速調(diào)管和行波管設(shè)計(jì)，

行波管：行波管內(nèi)的粒子軌跡。顏色顯示的是粒子的速率調(diào)制。

靜態(tài)場/低頻

“CST電磁工作室現(xiàn)在是西門子（能源）公司各種電力變壓器組件開發(fā)流程不可或缺的組成部分。這是由于該解決方案能提供直觀的用戶界面和多樣化的可用求解器。”

作者：Ronny Fritsche，西門子股份公司能源部門(Siemens AG Sector Energy) T TR PN

低頻仿真的目的和要求與高頻仿真極為不同。CST工作室套裝為低頻、靜場和準(zhǔn)靜場仿真提供了專用模塊。

電力輸送網(wǎng)絡(luò)中使用的高電壓和大電流意味著變壓器、開關(guān)設(shè)備和絕緣子等裝置需經(jīng)穩(wěn)健設(shè)計(jì)，以保持可靠性和安全性。CST工作室套裝內(nèi)的低頻求解器能計(jì)算流經(jīng)這些裝置的場和電流，并包含渦流效應(yīng)。計(jì)算結(jié)果能被用于多物理場仿真中計(jì)算電流的熱效應(yīng)和結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的熱膨脹。

低頻仿真也可以用于設(shè)計(jì)磁裝置，能輕松地定義線圈和磁鐵，同時(shí)支持鐵氧體等非線性材料。CST工作室套裝不僅能計(jì)算設(shè)備內(nèi)的場，還能計(jì)算作用于各種組件上的力和力矩。這些特性能用于設(shè)計(jì)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、制動器和傳感器。