热能工程系

Department of Thermal Engineering

复杂流动过程的跨尺度建模与模拟

报告题目:复杂流动过程的跨尺度建模与模拟

报 告 人:许爱国教授

                    北京应用物理与计算数学研究所

报告时间: 2017年1月12日下午 15:00-17:00

报告地点:李兆基科技大楼B515会议室

报告简介:在自然界、生物系统与工程领域存在大量的形式各异的复杂结构介质或系统。几乎所有的宏观系统都含有多尺度的空间结构或动理学模式。例如,固体材料中有局域晶格结构、位错、晶界、缺陷、裂纹、杂质等;流体系统中有大漩涡、小漩涡、气泡/液滴、边界层等。系统内不同时空尺度的结构和动理学模式之间的竞争往往导致极其丰富、复杂的非平衡行为!

本报告首先简要介绍我们课题组在复杂介质动态响应多尺度问题研究方面的基本思路,重点讨论复杂流动过程的跨尺度物理建模、模拟与分析。离散Boltzmann建模(Discrete Boltzmann Modeling, DBM)是针对一大类复杂流动过程的有效研究途径之一。(1)从数学建模角度来看,DBM模型与传统流体模型的典型差异就是使用离散Boltzmann方程取代原来的Navier-Stokes(NS)方程;但从物理建模角度来看,这一取代是有“增益”的:一个DBM模型相当于一个连续流体模型外加一个其它相关非平衡效应的粗粒化模型;该连续流体模型可以是,也可以超越NS。(2)在非平衡复杂流动过程描述方面,DBM具有跨尺度自适应性;在编程方面,DBM比连续介质建模的离散求解要方便。(3)通过DBM,可以方便地研究复杂流动过程中引起熵增的主要机制及其相对重要性。(4)DBM所提供的非平衡行为特征已经用于目标区域真实分布函数主要特征的恢复、系统内各种不同界面的物理甄别与追踪技术设计、相变动理学过程中划分“亚稳相分解”和“相畴融合增长”两个阶段的物理判据,用于区别普通流体与等离子体中的激波,协助理解流体界面不稳定性中的可压效应,等等。(5)除了更完整、更深刻地理解复杂流动过程中的非平衡行为特征,DBM所获认识可以直接推动相应物理系统宏观模型的改进。

报告人介绍:北京应用物理与计算数学研究所研究员;北京大学工学院兼职教授;中国工程物理研究院力学与工程学科物理力学专家组成员,博士生导师;中国交叉科学学会常务理事;全国统计物理与复杂系统会议学术委员会委员。1998年6月于中国工程物理研究院研究生院获博士学位,导师为陈式刚院士;1998年7月- 2006年4月,先后工作于北京师范大学、韩国首尔大学、意大利巴里大学、日本京都大学。目前主要研究方向为:复杂介质动态响应过程中的微细观结构与非平衡行为研究。主要建模与模拟工具包括DBM、LBM、物质点、位错动力学、分子动力学等。

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