校園機(jī)房電磁環(huán)境調(diào)查及計(jì)算機(jī)模擬0課件

1、校園機(jī)房電磁環(huán)境調(diào)查及計(jì)算機(jī)模擬孫思文 PB03009088電子工程與信息科學(xué)系 0 導(dǎo) 言電磁污染的危害電磁污染的分析基本理論 建立物理模型對(duì)模型的計(jì)算機(jī)處理和模擬應(yīng)用科大樹華智源中心 數(shù)據(jù)分析及調(diào)查總結(jié) 電磁污染的危害 計(jì)算機(jī)帶來的電磁污染，已成為影響人們身體健康的不容忽視的問題。 電磁污染的危害廣州日?qǐng)?bào)： 紐約大學(xué)的卡彭特博士認(rèn)為兒童的癌癥中10-15%是由家用電器及電器制品導(dǎo)致。吉林環(huán)境報(bào) ：據(jù)美國科羅拉多洲大學(xué)研究人員調(diào)查，電磁污染較嚴(yán)重的丹佛地區(qū)兒童死于白血病者是其他地區(qū)的兩倍以上。電磁輻射的污染及防護(hù)和治理：通過對(duì)1307名配鏡師的調(diào)查，大約有1000萬名美國人患與顯示終端有關(guān)的

2、視力疾病。 中國教育報(bào) ：西安第四軍醫(yī)大學(xué)在研究中發(fā)現(xiàn)：電磁輻射可使骨組織中的微量元素Ca含量和Zn含量明顯下降，從而影響兒童的生長發(fā)育，甚至導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥。 電磁污染的危害上海交通大學(xué)教授毛增滇 呼吁： 計(jì)算機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的輻射、靜電和較高溫度，如不加強(qiáng)防護(hù)，將會(huì)損害學(xué)生的身體健康。一般的學(xué)校里，在四五十平方米大的機(jī)房內(nèi)，放置著幾十臺(tái)電腦，由此產(chǎn)生的熱量、輻射和靜電量可想而知。而且這些機(jī)室通常都是門窗禁閉，空氣流通性極差。學(xué)生在這種環(huán)境里學(xué)習(xí)，身體勢必受到傷害。 電磁污染的分析機(jī)房電磁污染靜電電磁輻射顯示屏、機(jī)箱帶靜電VDT顯象管產(chǎn)生的x射線、紫外線、可見光、紅外線以及熱電子槍的射線。 電腦內(nèi)

3、部眾多配件，如電源、主板、內(nèi)存、顯卡在交流電下工作時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射 基本理論（1）（2）（3）（4）對(duì)方程組中式（1）求旋度，并利用式（2）得： （5）運(yùn)用矢量分析公式并聯(lián)立（3）式可得： （6）由（5）（6）可得： 其中 （Helmholtz方程）.基本理論1介質(zhì)中點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式：2Maxwell方程組: 對(duì)一定頻率的電磁波，電磁場對(duì)時(shí)間的依賴關(guān)系為： 在均勻介質(zhì)中，有 DE B=H 把上式代入Maxwell方程組，消去共同因子 基本理論對(duì)于平面電磁波，Helmholtz方程可簡化為： 它的一個(gè)解是： 一般情況下，平面電磁波的電場強(qiáng)度的表達(dá) 稱為傳播常數(shù) C 與源有關(guān)的常數(shù)?；纠碚?

4、電磁波攜帶的能量密度： 由（2）， （n是電磁波傳播方向的單位矢量) 所以有 其中分別是電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的振幅。（8）建立物理模型1構(gòu)建一個(gè)mn階的矩陣： 無人上機(jī)時(shí)置0，有人上機(jī)置1 建立物理模型2用點(diǎn)電荷模型計(jì)算每個(gè)工作點(diǎn)的靜電場強(qiáng)度：r/mE/(V/m)3021.74013.9509.3606.914英寸電腦顯示器周圍非正弦場強(qiáng)測試值E的大小與r的平方近似成反比。近似地將每個(gè)工作點(diǎn)抽象成點(diǎn)電荷場強(qiáng)的疊加原理： 表示（p，q）工作點(diǎn)在（i，j）點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度。建立物理模型3計(jì)算每個(gè)工作點(diǎn)的電磁波能量密度U：將機(jī)房中的電磁波簡化為平面電磁波。 避開了H和B，直接用電磁波的電場強(qiáng)度來計(jì)算

5、其能量密度 簡對(duì)模型的計(jì)算機(jī)處理和模擬1計(jì)算電場強(qiáng)度的函數(shù)：void calculateE(Link &L,int rownumber,int queuenumber) int i,j,n,x,y; float x1,y1;float paral=0,vertical=0; n=rownumber*queuenumber; for(i=0;in;i+)coutrow (i)=Li.rowendl; coutqueue (i)=Li.queueendl; for(j=0;jn;j+)if(j!=i&Lj.use!=0) x=(Li.queue-Lj.queue);cout“queue(i- j)

6、=xendl;y=(Li.row-Lj.row);coutrow(i-j)=yendl;x1=x*a;couti=i j=j x1(i,j)=x1endl; y1=y*b;couti=i j=j y1(i,j)=y1endl; paral=paral+Q*x1/sqrt(x1*x1+y1*y1)/(4*3.14159*e0*(x1*x1+y1*y1);vertical=vertical+Q*y1/sqrt(x1*x1+y1*y1)/(4*3.14159*e0*(x1*x1+y1*y1); Li.E=sqrt(paral*paral+vertical*vertical); coutparal i

7、= paralendl; coutvertical i=verticalendl; paral=0;vertical=0; /計(jì)算該工作時(shí)刻每個(gè)工作點(diǎn)上的靜電場E對(duì)模型的計(jì)算機(jī)處理和模擬 2計(jì)算電磁波能量密度的函數(shù)： void calculateU(Link &L,int rownumber,int queuenumber) int i,j,n,x,y; float x1,y1,r; n=rownumber*queuenumber; for(i=0;in;i+) for(j=0;jn;j+) if(j!=i&Lj.use!=0) x=abs(Li.queue-Lj.queue); coutqu

8、eue(i-j)=xendl; y=abs(Li.row-Lj.row);cout“row(”i“j)=yendl; x1=x*a;y1=y*b;r=sqrt(x1*x1+y1*y1);Li.U=Li.U+er*C*C/r/r; /計(jì)算該工作時(shí)刻每個(gè)工作點(diǎn)上的U值對(duì)模型的計(jì)算機(jī)處理和模擬3. 將程序運(yùn)行結(jié)果用Mathematica處理，模擬E和U分布情況。 算法設(shè)計(jì)思想： 定義一個(gè)從表中取點(diǎn)的函數(shù)f（x，y） 將E和U的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在mn階的表e和表u中 計(jì)算函數(shù)值打印和輸出以1為步長依次從e，u中取點(diǎn) 密度圖、等值線圖和立體曲面圖 應(yīng)用科大樹華智源中心應(yīng)用科大樹華智源中心1數(shù)據(jù)采集：實(shí)地測量

9、出機(jī)房的長、寬分別為16.32m和12.40m，其計(jì)算機(jī)分布為16行7列。 記錄2019年12月5日一天中三個(gè)時(shí)刻機(jī)房計(jì)算機(jī)的使用情況。時(shí)間計(jì)算機(jī)使用情況9：30am（1，1）（1，2）（1，3）（1，4）（1, 5）（1，6）（1，7）（1，8）（1，9）（1, 16）（2，1）（2，2）（2，3）（2，4）（3，1）（3，2）（3，3）（3，4）（4，1）（4，2）（4，3）（4，4）（5，1）（5，10）（7，12）機(jī)位非空14：00pm機(jī)位滿19：30pm（1，8）（2，3）（2，16）（4，15）（6，4）（7，10）（7，11）機(jī)位空應(yīng)用科大樹華智源中心2. 數(shù)據(jù)處理：將用編好的C

10、源程序處理。（1）9：30am： 每個(gè)工作點(diǎn)的工作情況:1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 11 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 00 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0應(yīng)用科大樹華智源中心每個(gè)工作點(diǎn)的靜電場E值（Q取單位1）:0.0185 0.0176 0.0012 0.001

11、6 0.0050 0.0239 0.0199 0.0187 0.0181 0.0039 0.0038 0.0020 0.0170 0.0007 0.0009 0.00290.0185 0.0183 0.0184 0.0183 0.0180 0.0039 0.0172 0.0183 0.0187 0.0188 0.0180 0.0014 0.0009 0.0012 0.0176 0.01770.0233 0.0237 0.0071 0.0067 0.0092 0.0076 0.0243 0.0246 0.0242 0.0079 0.0062 0.0020 0.0174 0.0021 0.0052

12、 0.0055 0.0087 0.0088 0.0050 0.0048 0.0082 0.0263 0.0113 0.0103 0.0096 0.0056 0.0040 0.0023 0.0050 0.0022 0.0029 0.00310.0053 0.0054 0.0040 0.0040 0.0070 0.0270 0.0084 0.0069 0.0062 0.0044 0.0031 0.0022 0.0028 0.0020 0.0021 0.00210.0037 0.0039 0.0033 0.0035 0.0056 0.0104 0.0066 0.0053 0.0046 0.0035

13、0.0026 0.0020 0.0020 0.0017 0.0016 0.0016 0.0028 0.0030 0.0028 0.0031 0.0045 0.0063 0.0051 0.0042 0.0036 0.0029 0.0022 0.0018 0.0017 0.0015 0.0014 0.0013應(yīng)用科大樹華智源中心2.5147 2.7746 1.0515 0.9913 1.3342 3.5972 3.3677 3.1868 2.9312 1.0016 0.5887 0.7047 2.1533 0.6264 0.3772 0.32572.5127 2.7460 2.9062 2.829

14、6 3.2877 5.2398 3.4662 3.1956 2.9046 2.8566 2.4447 0.7025 0.2677 0.6241 2.2330 2.18002.8951 3.0744 1.3472 1.2999 1.8068 5.0888 3.8402 3.4953 3.2268 1.3011 0.9685 0.6125 2.1361 0.5360 0.7654 0.71421.1119 1.2436 0.9148 0.9141 1.3712 3.2434 1.9420 1.5976 1.3835 0.8741 0.6384 0.4981 0.7071 0.4251 0.4506

15、 0.40400.6682 0.7663 0.6827 0.7140 1.0548 3.2191 1.3210 1.0517 0.8902 0.6481 0.4871 0.4025 0.4258 0.3342 0.3181 0.27720.4689 0.5442 0.5353 0.5798 0.8037 1.3078 0.9501 0.7714 0.6513 0.5067 0.3948 0.3319 0.3145 0.2690 0.2452 0.21030.3570 0.4165 0.4339 0.4798 0.6206 0.8121 0.7080 0.5967 0.5077 0.4108 0

16、.3303 0.2800 0.2538 0.2228 0.1992 0.1696每個(gè)工作點(diǎn)U的峰值（C取單位1）:同理輸入14：00pm 和 19：30pm對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，運(yùn)行程序。應(yīng)用科大樹華智源中心3數(shù)據(jù)模擬：將運(yùn)行結(jié)果用Mathematica處理，進(jìn)行E、U分布的模擬。 （1）9：30am E分布的等值線圖、密度圖、曲面圖 應(yīng)用科大樹華智源中心9：30am U分布的等值線圖、密度圖、曲面圖 （2） 14：00pm E分布的等值線圖、密度圖、立體曲面圖 E的分布十分對(duì)稱。 中間行、列的靜電場強(qiáng)度E很小，幾乎為零； 四周的機(jī)位的E值相當(dāng)大（從密度圖四周區(qū)域顏色之淺可以看出） 。應(yīng)用科大樹華智源中

17、心14：00pm U分布的等值線圖、密度圖、立體曲面圖 應(yīng)用科大樹華智源中心3）19：30pm E分布的等值線圖 、密度圖應(yīng)用科大樹華智源中心19：30pm E分布的立體曲面圖 電場強(qiáng)度E值最大的區(qū)域并不總是使用點(diǎn)最為密集的區(qū)域，而往往是它附近的區(qū)域（從等值線圖中等值線的分布情況可以看出）。 尤其當(dāng)使用點(diǎn)分布形狀越不規(guī)則、越離散時(shí)，這種現(xiàn)象越明顯（從立體曲面圖中z方向的值的分布情況可以看出）。應(yīng)用科大樹華智源中心 19：30pm U分布的等值線圖、密度圖 應(yīng)用科大樹華智源中心19：30pm U分布的立體曲面圖 調(diào)查總結(jié)調(diào)查總結(jié)：(1) 在計(jì)算E和U時(shí)，由于沒有測量儀器，無法進(jìn)行精確的測量，所以

18、參數(shù)Q和C暫取單位1。實(shí)際中，Q和C的值都應(yīng)遠(yuǎn)大于1，至少是10的平方的數(shù)量級(jí)。由此可見，校園機(jī)房的電磁污染情況是比較嚴(yán)重，需要引起重視。有關(guān)部門應(yīng)采取一定的措施進(jìn)行治理。調(diào)查總結(jié)（2）由于對(duì)C語言和 Mathematica編程語句的相互嵌套和轉(zhuǎn)化不熟悉，所以計(jì)算數(shù)值和描繪圖像的過程不能一體化，是分兩個(gè)程序進(jìn)行的。 （3）文中的程序也可應(yīng)用到其他的機(jī)房。采集其他機(jī)房的數(shù)據(jù)整理好后，輸入計(jì)算機(jī)中，即可用該程序進(jìn)行處理。改進(jìn)措施除了傳統(tǒng)的方法外，我們可以在機(jī)位的分配上做一些改進(jìn)。 由數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，我們知道，當(dāng)正在使用的計(jì)算機(jī)分布越離散，那么由它們產(chǎn)生的電場強(qiáng)度之間的相互影響就越小。 所以當(dāng)上機(jī)人數(shù)很少時(shí)，我們可以這樣定義機(jī)位的分配方案，“四角中心分配法”：目前樹華智源中心計(jì)算機(jī)是這樣分配的：由第一行到最后一行，依先后次序分 配，即第一行機(jī)位人滿后，再使用