Numerical simulation of the electromagnetic field induced by the oscillatory motion of a charged ball
Authors: Маламанов С.Ю. , Павловский В.А. 
Published: June 2021

Современные вычислительные средства с помощью новейших компьютерных технологий дают возможность производить моделирование наукоёмких задач в самых разных сферах деятельности. Новые возможности, позволяют ставить и решать многие комплексные научные и технические задачи морской гидрофизики, среди которых особенно актуальны в настоящее время следующие: создание аппаратуры для изучения и измерения электрического и магнитного полей в воде; исследование электрических явлений в морской среде для определения их связи с другими физическими процессами; изучение магнитогидродинамических процессов, возникающих из-за движения морской воды в геомагнитном поле Земли и многие другие. Определённые задачи требуют физически адекватного описания движения твёрдого тела, как в жидкой среде, так и на границе раздела сред, например, «газ–жидкость». Решение подобных задач стало возможным с помощью современных вычислительных комплексов. При этом следует иметь в виду, что сложный характер взаимодействия гидродинамического и электромагнитного полей обуславливает необходимость рассмотрения достаточно упрощенных моделей, описывающих основные закономерности изучаемых явлений.
Предлагаемая статья является продолжением работы [1]. Более подробно рассмотрено индуцируемое электромагнитное поле, вызванное колебаниями заряженного шара в приповерхностном слое жидкости. Подчеркнём, что рассматривается моделирование не только магнитного, но и электрического поля. Помимо этого обсуждаются возможные упрощения, которые используются при численном моделировании индуцированного магнитного поля.
Для расчета параметров электромагнитного поля решалась система нестационарных уравнений магнитной гидродинамики, реализованная в вычислительном комплексе ANSYS.CFX.
Modern computing facilities with the help of the latest computer technologies make it possible to simulate science-intensive tasks in a variety of fields of activity. New opportunities make it possible to pose and solve many complex scientific and technical problems of marine hydrophysics, among which the following are especially relevant at present: the creation of equipment for the study and measurement of electric and magnetic fields in water; study of electrical phenomena in the marine environment to determine their relationship with other physical processes; the study of magnetohydrodynamic processes arising from the movement of sea water in the geomagnetic field of the Earth and many others. Certain problems require a physically adequate description of the motion of a solid, both in a liquid medium and at the interface between media, for example, "gas-liquid". The solution of such problems has become possible with the help of modern computing systems. It should be borne in mind that the complex nature of the interaction of the hydrodynamic and electromagnetic fields necessitates the consideration of rather simplified models that describe the basic laws of the studied phenomena.
This article is a continuation of work [1]. The induced electromagnetic field caused by vibrations of a charged ball in the near-surface layer of a liquid is considered in more detail. We emphasize that we are considering modeling not only the magnetic, but also the electric field. In addition, possible simplifications are discussed that are used in the numerical simulation of the induced magnetic field.
To calculate the parameters of the electromagnetic field, a system of non-stationary equations of magnetohydrodynamics was solved, implemented in the ANSYS.CFX computer complex.