- “雙碳”背景下電氣科學與工程學科發展建議
- 《“雙碳”背景下電氣科學與工程學科發展建議》編寫組
- 1765字
- 2025-03-13 17:44:51
1.1.2 主要研究分支領域
電磁場與電路學科主要包括:電磁場與多物理場、電路及其應用、電磁測量與傳感、靜電理論與防護、電磁兼容、極端條件下的電磁基礎,以及無線電能傳輸7個研究分支領域,其中前3個分支偏共性基礎,后4個分支偏應用基礎。
1.電磁場與多物理場
主要用于探究涵蓋材料、器件、裝備與系統中的多尺度電磁過程與規律,以及以電磁場為核心、相互共存且耦合作用的多物理場耦合機制與計算分析方法,旨在突破多學科交叉的基礎理論與技術瓶頸。本分支主要研究方向包括:計算電磁學(電磁問題的科學建模、精確快速的計算方法和高效計算機資源利用的軟硬件技術等)、多物理場耦合(多尺度下的多物理場非線性耦合分析,包括電磁-力、電磁-熱、電磁-流動等)及電工材料建模方法(電工材料的多尺度分析方法、唯象建模方法、矢量或張量建模方法、模擬服役工況的建模方法等)。
2.電路及其應用
主要面向電類相關問題的理論研究,研究對象涵蓋電力系統、電力電子電路、電路與系統、信號處理、極大規模集成電路、片上系統與網絡等。隨著我國“雙碳”目標的提出和全球能源結構轉型的快速推進,以電能為核心的能源轉化與綠色、高效綜合利用需求日趨迫切,本分支方向也面臨諸多新的科學問題,呈現出若干新的主要研究方向,包括:新型電路元器件建模、考慮時間與空間尺度的電網絡快速計算、非線性電路動力學分析、電路故障診斷以及能量信息系統。
3.電磁測量與傳感
主要是根據電路理論和電磁場理論,利用傳感器、電工儀表和磁測量儀器實現各種電學量測量、磁學量測量和一些非電量的電測量的技術。面向“雙碳”戰略和“十四五”的“智能制造”“綠色制造”目標,裝備制造、能源電力、石油化工、礦產冶金等產業將朝著清潔、高效、智能化方向發展,依賴于更為精細、更為完備的工業系統監測與控制,在準確度等綜合性能及可靠性等方面對測量與傳感技術提出了更高要求。為此,本分支亟需從理論、方法、技術、設備等方面展開探索,推動電磁測量與傳感技術的進步與革新。重點發展方向包括:新型傳感技術、量子化溯源技術、智能化傳感技術等。
4.靜電理論與防護
主要涉及避免靜電危害發生的靜電起放電控制技術、靜電安全防護理論與方法和基于靜電作用機理的應用技術。本分支主要研究方向包括:極端環境下(空間強紫外輻射、等離子體和高能電子輻照等)靜電模擬測試與防護、復雜環境下靜電放電探測與大數據分析、微納系統靜電起電機理與防護以及靜電環保和醫學應用等。
5.電磁兼容
主要研究在各類電磁環境下,各種用電設備內部、設備之間,以及與周邊設施、生態等可以共存并不致引起性能降級的原理、方法和技術,其不僅包括設備內部各部件之間、設備之間、系統之間的相互兼容,還包括與周邊生態和人居環境之間的相互兼容,以及信息安全和對惡意電磁干擾的防護。根據“雙碳”戰略和“十四五”智能制造發展規劃目標,電力系統、交通系統、航空航天系統、艦船系統都不斷朝著電氣化和智能化等方向發展,對其電磁兼容研究提出了更高要求。此外,日益現實的電磁干擾威脅也要求各類系統考慮高功率電磁脈沖防護問題。電磁兼容研究具有鮮明的行業和技術特色,不同行業對電磁兼容研究的要求不盡相同,主要發展方向包括:電力系統的電磁兼容、軌道交通系統的電磁兼容、航空航天系統的電磁兼容、艦船系統的電磁兼容,以及高功率電磁脈沖效應與防護等。
6.極端條件下的電磁基礎
主要研究極端環境條件、極端使用條件和產生極端試驗條件過程中相關電工裝備的電磁基礎問題,已成為電磁場與電路學科極具發展潛力的一個研究分支。本分支研究方向主要包括:極端環境下特種裝置(磁約束核聚變、超高功率電磁脈沖裝置等)、極端環境下電磁場與物質相互作用(極高速磁懸浮、電磁發射與磁等離子空間推進器等),以及極端電磁場源產生(近零磁場、極高穩態和脈沖磁場等)等方面的電磁問題。
7.無線電能傳輸
主要研究如何利用空間中電磁場耦合或電磁波傳播來實現電能由發射端無接觸傳遞到接收端的傳輸與轉換,是目前電氣工程領域最活躍的學科之一。本分支主要研究方向包括:無線電能傳輸新原理與新方法、基于電磁近場耦合原理的無線電能傳輸、基于電磁遠場傳播原理的無線電能傳輸、無線電能傳輸的電磁效應與防護方法等。鼓勵與航空航天、材料科學與工程、納米電子、生物醫學工程和人工智能等學科的交叉研究,促進無線電能傳輸新原理與新方法的前沿探索性研究。