復(fù)雜工程預(yù)測(cè)方法的若干問(wèn)題與數(shù)值軟件集成

復(fù)雜工程數(shù)值模擬是對(duì)工程物理問(wèn)題建立（偏）微分方程，采用數(shù)值離散方法，基于計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件，在高速計(jì)算機(jī)上分析，再現(xiàn)客觀世界物理現(xiàn)象發(fā)生過(guò)程的數(shù)值實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。在工程設(shè)計(jì)、物理機(jī)理研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。拉氏數(shù)值模擬方法是多介質(zhì)相互作用、多物理過(guò)程強(qiáng)耦合的非線性流體力學(xué)微分方程大變形問(wèn)題常采用方法，它能夠清晰地描述物質(zhì)界面，但由于它的特點(diǎn)是網(wǎng)格跟隨流體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致網(wǎng)格大變形，影響計(jì)算的精度甚至成敗。此問(wèn)題一直是常規(guī)兵器、尖端武器等軍事和民用領(lǐng)域人們關(guān)心的重要問(wèn)題，已成為復(fù)雜工程數(shù)值模擬的研究熱點(diǎn)。但由于復(fù)雜工程數(shù)值模擬領(lǐng)域大多采用商業(yè)軟件通常很難在軟件中增加和實(shí)現(xiàn)好的建模與模擬（M&S），因而開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。 該項(xiàng)目通過(guò)發(fā)展任意多邊形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格管理體系與拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格加密、計(jì)算過(guò)程中智能化網(wǎng)格鄰域可變技術(shù)，以及改進(jìn)物質(zhì)界面單純滑移、閉穴滑移計(jì)算方法，將拉氏有限體積格式推廣到任意多邊形網(wǎng)格，提出采用OVERLAP技術(shù)耦合拉氏與歐氏方法。其拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格加密不同于美國(guó)發(fā)展的Overlap型和Block-Structured型，其特點(diǎn)是能在拉氏網(wǎng)格細(xì)化與粗化過(guò)程中保持幾何守恒，大大提高計(jì)算精度。網(wǎng)格鄰域可變技術(shù)不同于美國(guó)發(fā)展的網(wǎng)格重連技術(shù)（REALE），其特點(diǎn)是基于計(jì)算幾何，將拉氏計(jì)算過(guò)程中網(wǎng)格點(diǎn)與線、線與線、區(qū)域邊界與邊界等相交做網(wǎng)格鄰域變化，按任意多邊形網(wǎng)格管理，改善計(jì)算網(wǎng)格的品質(zhì)，解決了長(zhǎng)期困擾拉氏程序網(wǎng)格大變形的瓶頸問(wèn)題。自主研發(fā)了復(fù)雜區(qū)域網(wǎng)格生成軟件包GenGrid_Pack，多介質(zhì)前處理程序PreGenGrid，拉氏自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化與粗化程序模塊LAMR2D，拉氏計(jì)算過(guò)程中鄰域可變局部自適應(yīng)程序模塊ADAPT2D、拉氏自適應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算程序模塊LAD2D和基于水平集方法的歐氏計(jì)算程序模塊LE2D，集成了完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多介質(zhì)大變形問(wèn)題模擬的通用支撐軟件平臺(tái)WILDKIT，從而能很好支撐高溫高壓多介質(zhì)大變形問(wèn)題的建模與模擬研究。并基于支撐軟件平臺(tái)WILDKIT，開(kāi)發(fā)出針對(duì)復(fù)雜工程多介質(zhì)大變形問(wèn)題的應(yīng)用軟件BOEL2D，極大的提高了復(fù)雜工程數(shù)值預(yù)測(cè)能力，在炸藥爆轟、材料動(dòng)力學(xué)等武器領(lǐng)域研究中具有很好的應(yīng)用前景。同時(shí)在研發(fā)程序的過(guò)程中，發(fā)展了軟件正確性的人為解驗(yàn)證技術(shù)和適應(yīng)性的基準(zhǔn)測(cè)試模型庫(kù)確認(rèn)方法。 2100433B

在常規(guī)兵器和尖端武器、工程爆破、安全防護(hù)、沖擊工程等軍事和民用等復(fù)雜工程領(lǐng)域中，對(duì)一些多物理、多過(guò)程、非線性等強(qiáng)耦合的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，必須依賴于強(qiáng)預(yù)測(cè)能力和高置信度的數(shù)值軟件。國(guó)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多商業(yè)化動(dòng)力學(xué)仿真軟件，但真正重要的程序模塊，尤其是涉及他們重大經(jīng)濟(jì)利益和國(guó)防實(shí)力對(duì)比的核心軟件，則一律禁運(yùn)。國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)研究和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域很多都是基于商業(yè)軟件，自主研發(fā)的軟件比較零散，不能很好滿足當(dāng)前復(fù)雜工程設(shè)計(jì)的精度要求和開(kāi)展全過(guò)程全系統(tǒng)一體化的模擬，必須有所突破和創(chuàng)新。本項(xiàng)目提出將結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格統(tǒng)一按非結(jié)構(gòu)任意多邊形網(wǎng)格管理，研究高效快速的程序底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；采用Overlap技術(shù)聯(lián)合歐氏網(wǎng)格與拉氏網(wǎng)格，以實(shí)現(xiàn)歐氏與拉氏的耦合；研究、整合和集成一個(gè)具有強(qiáng)大數(shù)值模擬功能，通用性、易用性和可擴(kuò)展性強(qiáng)的適應(yīng)于復(fù)雜流動(dòng)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、復(fù)雜體系動(dòng)作行為再現(xiàn)，經(jīng)過(guò)全面驗(yàn)證與確認(rèn)的高置信度、具有自主產(chǎn)權(quán)的新一代軟件。

在武器物理、慣性約束聚變、反應(yīng)堆物理、天體物理等國(guó)防科技和前沿科學(xué)領(lǐng)域，核反應(yīng)動(dòng)力學(xué)軟件是開(kāi)展相關(guān)研究的一個(gè)不可或缺的關(guān)鍵手段。然而，現(xiàn)有軟件難以適應(yīng)新形勢(shì)下精密化物理建模和高置信度大規(guī)模數(shù)值模擬的需求，為此本項(xiàng)目計(jì)劃在深入剖析現(xiàn)有武器物理應(yīng)用程序的物理模型、計(jì)算方法和程序結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代軟件研發(fā)模式，集成創(chuàng)新，結(jié)合并行底層支撐框架JASMIN，研制新一代的核反應(yīng)動(dòng)力學(xué)高效數(shù)值模擬軟件平臺(tái)。擬開(kāi)展的主要工作有：（1）制定程序模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，設(shè)計(jì)先進(jìn)的核反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬軟件體系架構(gòu)，（2）研制基于ALE方法的輻射流體力學(xué)算法庫(kù)和程序模塊庫(kù)；（3）研制高效中子輸運(yùn)計(jì)算方法庫(kù)和程序庫(kù)。本項(xiàng)目以工程應(yīng)用數(shù)值模擬需求為牽引，探索工程物理應(yīng)用軟件研發(fā)的新思路、新方法，研制具有較好可擴(kuò)展性、可復(fù)用性的核反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬軟件平臺(tái)，為工程和科學(xué)計(jì)算提供軟件支撐，有重要理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

《高等學(xué)校教材·化工過(guò)程數(shù)值模擬及軟件(第2版)》旨在介紹化工過(guò)程模擬的基本概念和方法，提供利用相關(guān)模擬軟件進(jìn)行實(shí)際化工過(guò)程的模擬的步驟和技巧。

《高等學(xué)校教材·化工過(guò)程數(shù)值模擬及軟件(第2版)》可作為高等學(xué)校應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)及化工類專業(yè)本科生和研究生的教材，也可供石油與化工、輕工等行業(yè)從事開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員參考。