计算物理全国重点实验室网上发布指南（2024）

（略）上发布指南
（2024）
一、选题指南
1.重点项目
1.1复杂多介质界面湍流混合的算法、建模及机理研究指南代码：6142A（略）
功能用途：挑战已有多物理耦合湍流混合。
研究内容：（详见附件）
考核指标：给出能反映混合的局域时空转捩过程的判定方法，获得能预测转捩和充分发展湍流过程的湍流模型，并完成程序代码的实现及测试验证，对于经典RT/RM混合转捩问题的预测精度提升50%以上；实现辐射流体力学湍流混合的二/三维数值模拟，网格规模达到十亿以上；给出辐射能流强度变化对RT/RM湍流混合的影响规律和湍流（略）各介质组分质量份额的概率密度分布。对于有显著差异扩散效应的湍流火焰，基于火焰面密度的建模方法比经典方法对火焰稳定状态的预测精度提升20%，火焰回火极限预测精度提升30%；基于深度学习算法，将化学反应动力学模型规模降低不少于50%，将计算效率提高不少于2倍，单步预测中组分误差不高于0.5%。
关键词：多介质；界面湍流混合；机器学习模型；燃烧化学反应机理与建模；
研究周期：3年项目经费：≤400万元/项
2.面上项目
2.1基于随机波函数密度泛函理论与机器学习的高压缩比稠密等离子物性研究指南代码：6142A（略）
功能用途：稠密等离子模拟与惯性约束聚变研究
研究内容：（详见附件）
考核指标：实现可处理1000eV以上温度的随机密度泛函理论方法，可用于分子动力学模拟，其中处理50eV高温时的模拟效率较主流密度泛函理论软件提升至少10倍。将本方法应用于模拟不同密度和不同温度的稠密铝等离子体，密度可达至少10倍压缩比，温度可达1000eV以上，总状态点数达20个，计算其在极端条件下的状态方程、电子电导率、电子热导率和电离度等关键物理性质数据。
关键词：稠密等离子体；随机密度泛函理论；电子电导率；电子热导率；
研究周期：3年项目经费：≤60万元/项
2.2低维体系结构光电调控及灵敏光电探测原理研究指南代码：6142A（略）
功能用途：用于材料/结构光电调控与微信：（略）
研究内容：（详见附件）
考核指标：通过微纳结构调控增强非线性光学上转换效应，上转换荧光的转化效率从10-4提升到10-3以上；构建纳米结构-半导体纳米粒子复合材料，利用增强的上转换效率，将低能红外光子激发的半导体纳米粒子的光电流强度提升一个数量级，从而将光电器件的光谱响应范围拓展到红外波段。
关键词：低维体系/微纳结构；光电调控；非线性频率转换；
研究周期：3年项目经费：≤50万元/项
2.3强关联f电子材料X射线光谱模拟方法研究指南代码：6142A（略）
功能用途：用于材料光谱模拟分析预测方法
研究内容：（详见附件）
考核指标：建立面向f电子强关联材料X射线光谱的模拟与预测方法，构建包含f电子强关联作用、芯电子激发、晶体场等多物理效应的原子模型，结合第一性原理模拟芯电子能级、f电子关联强度、巡游电子态密度等关键参量。实现对Ce、Yb等典型f电子强关联材料X射线光谱的谱峰位置与谱峰强度的定量模拟，关键谱峰位置模拟偏差在5%以内；模拟0GPa-200GPa不同压力条件下，不同相结构的X电子光谱，实现至少3种典型f金属材料压致相变伴随的电子结构转变的模拟，相变压力点偏差控制在10GPa量级。
关键词：强关联电子材料；X射线光谱；高压晶体相变；强关联原子模型
研究周期：3年项目经费：≤60万元/项
2.4亚稳态能级对离子与电子碰撞过程中的离化态分布及特性光谱影响研究指南代码：6142A（略）
功能用途：用于非平衡等离子体原子参数研究
研究内容：（详见附件）
考核指标：获得类Ar、类Ni离子的原子结构与电子碰撞动力学理论参数；获得重离子与近电离阈单能电子碰撞的离化态分布实验参数，以及原子态分辨的高离化态离子特征光谱的精密实验参数；揭示亚稳态能级电子布居对重离子与电子碰撞过程的电离平衡、高离化态重离子辐射特性的影响规律。联合培养1-2名研究生，共同发表研究论文1-2篇。
关键词：亚稳态；离化态分布；特征光谱
研究周期：3年项目经费：≤40万元/项
2.5MeV离子与原子分子碰撞动力学过程实验研究指南代码：6142A（略）
功能用途：用于等离子体输运参数研究
研究内容：（详见附件）
考核指标：基于冷靶反冲离子动量谱仪实验技术，开展MeV能量的带电离子与Ar、O2、N2、CO2、C3H4等原子分子碰撞过程实验研究，获得碰撞反应产物碎片离子的飞行时间和位置信息，反推得到反冲离子的初始三维动量，重构碰撞反应过程，充分提取碰撞动力学信息，从而获得MeV离子与原子碰撞电离截面推荐数据；MeV离子与O2、N2等典型双原子分子碰撞电离与解离过程截面推荐数据；MeV离子与CO2、C3H4等典型多原子分子碰撞电离与解离过程截面推荐数据。并最终形成数据研制编评报告。
关键词：离子-原子分子碰撞；MeV能区；电离解离；
研究周期：3年项目经费：≤30万元/项
2.6Au40+离子能级结构及其电子、光子碰撞参数研究指南代码：6142A（略）
功能用途：用于非平衡等离子体原子参数研究
研究内容：（详见附件）
考核指标：发展原子结构计算方法程序，构建复杂原子结构计算模型，完成多激发态原子结构计算程序研制，使其具备评估和包含重要组态贡献的能力，形成一套完整的重元素原子高激发态结构计算的解决方案。研制Au40+离子的能级结构、电子碰撞过程截面、光过程截面等离子结构和动力学过程数据。通过阐明电子关联效应、Breit和QED效应对能级结构和动力学过程的影响机制以及不同方法对比验证，保证研制参数的精度和可靠性。结合理论计算结果和相关已发表的数据，编评推荐Au40+离子的能级结构、电子碰撞截面、光过程截面完备数据。
关键词：组态相互作用方法；扭曲波方法；机器学习；能级；截面；
研究周期：3年项目经费：≤30万元/项
2.7等离子体相关的电子-分子碰撞电离解离过程研究指南代码：6142A（略）
功能用途：用于等离子体输运参数研究
研究内容：（详见附件）
考核指标：发展电子-（略）扭曲波理论计算方法及计算程序；获得电子与O2、N2、H2O、CO2等分子碰撞电离解离的高精度截面数据，实验误差优于10%；编评推荐不少于1000条的电离解离截面数据。
关键词：电子-分子碰撞；绝对电离解离截面；（略）扭曲波计算方法
研究周期：3年
项目经费：≤30万元/项
2.8典型空气分子的光吸收和解离截面研究指南代码：6142A（略）
功能用途：用于等离子体输运参数研究
研究内容：（详见附件）
考核指标：（略）处理光吸收和光解离动力学过程的计算方法和程序，提供完备的、高精度的N2/O2/H2O/CO2等典型空气分子的电子态结构，以及光吸收和解离等过程参数。充分考虑价电子之间以及内壳层电子关联效应的影响，获得高精度的N2/O2等双原子分子的电子态结构、解离极限和光谱常数等具体参数和实验数据的差异在5%以内；应用多组态等精确计算方法，获得H2O/CO2等三原子分子的含基态和激发态的较为全面的电子态结构参数；应用相应的电子态结构参数，获得包含更多反应通道和覆盖较大能量范围的全面和准确的N2/O2/H2O/CO2等典型空气分子的光吸收和光解离过程截面。编评推荐N2/O2/H2O/CO2等光吸收和光解离过程截面数据，形成数据研制编评报告。
关键词：空气分子；电子态结构；光吸收；光解离；
研究周期：3年项目经费：≤30万元
2.9炸药微裂纹摩擦生热的宏-细观渐近均匀化模型与计算方法研究及程序研制指南代码：6142A（略）
功能用途：化爆安全数值模拟
研究内容：（详见附件）
考核指标：完成描述非均质炸药粘弹性力学响应和微裂纹摩擦生热现象的宏-细观渐近均匀化模型、计算方法和程序1套；新模型中宏观唯象可调参数不超过2个；应用于宏-细观炸药热-力耦合响应的双尺度算法的计算效率相比于直接数值模拟提升1倍以上。
关键词：炸药；摩擦；微裂纹；渐近均匀化；
研究周期：3年
项目经费：≤60万元/项
2.10激波流场中稠密金属颗粒群的界面失稳演化研究指南代码：6142A（略）
功能用途：在激波驱动的气固两相流汇聚压缩过程中，从稀薄逐渐变为稠密状态的颗粒物质会和激波流场发生复杂的耦合作用，影响最终的气固混合状态，研究激波流场中稠密金属颗粒群的演化规律，有助于提升重要工程装置中混合演化规律的认识。
研究内容：（详见附件）
考核指标：(1)构建爆轰驱动高焓多相激波管实验新方法，可以实现超压在O(100-102)bar，马赫数在1-5之间的激波加载，实现粉体物质的体积分数在1%-50%之间的精准调节；(2)（略）格中欧拉-拉格朗日四向耦合技术，开发的数值程序计算规模(颗粒数目)能够达到千万级以上，基准算例的数值模拟误差不高于20%；(3)构建稠密颗粒物质界面在激波作用下的流动失稳准则，与实验对比的预测准确性不低于90%。
关键词：激波流场；界面失稳；可压缩多相流动；气固多相流模拟
研究周期：3年
项目经费：≤80万元/项
2.11可压缩流体界面不稳定性的数学方法及智能模型指南代码：6142A（略）
功能用途：用于流体不稳定性预测
研究内容：（详见附件）
考核指标：建立适用于密度分层可压缩流体界面失稳问题的高效计算方法及模型。构建适用于可压缩界面失稳的RANS-LES混合算法，（略）格量相对大涡模拟降低50%以上，预测误差相对经典雷诺平均方法降低20%；评估3种以上经典湍流模型对于密度分层界面失稳问题的适用性，量化可压缩效应对于模型预测精度的影响；发展具有显示表达式的数据驱动湍流模型，在5个以上可压缩流体界面失稳算例中对模型进行验证，数据驱动模型相较于经典湍流模型的预测误差降低20%以上。
关键词：可压缩流体；界面不稳定性；湍流模型；可解释机器学习；
研究周期：3年项目经费：≤80万元/项
2.12基于机器学习的非平衡原子模型的建模与计算方法指南代码：6142A（略）
功能用途：用于ICF数值模拟。
研究内容：（详见附件）
考核指标：建立基于机器学习的的细致组态模型、多平均离子碰撞模型的代理模型。在相对误差控制在10%以下的前提下，将计算开销节省2个量级以上，克服目前非平衡模型精度和效率无法兼顾的困难。
关键词：惯性约束聚变；非平衡原子模型；机器学习
研究周期：3年
项目经费：80万元/项
2.13非线性对流扩散方程保物理特性的高效计算方法指南代码：6142A（略）
功能用途：用于数值模拟研究
研究内容：（详见附件）
考核指标：本项目将聚焦具有强对流、强间断和强非线性等特点的对流扩散方程开展保物理特性的高效计算方法研究。构造出能保持守恒性、正性或极值性等物理特性的高精度数值方法，精度比现有方法提高50%以上，并建立格式的稳定性和收敛性理论，发表高水平学术论文3篇以上，开发相应算法的计算程序模块1个，培养博士研究生2名。
关键词：对流扩散；守恒性；保正性；保极值
研究周期：3年项目经费：≤60万元/项
2.14具多物理过程偏微分方程的调和分析方法指南代码：6142A（略）
功能用途：用于有效模拟具体物理过程提供稳定性分析
研究内容：（详见附件）
考核指标：发展与创立具物理过程的偏微分方程的新方法，解决数学物理关注的公开问题。从数学上研究不同物理过程或参数对模型偏微分方程的影响,鉴别影响物理规律主因与次要因素，为有效模拟具体物理过程提供稳定性分析。建立光滑效应、线性化算子的正则性理论、分数次拉普拉斯算子对应的热核半群刻画；研究流体动力学方程弱解的不唯一性和不适定性问题；建立带电磁场薛定谔算子对应的波算子的有界性及其应用；建立适用于高维（略）域上Dirichlet定理与Hardy-Littlewood圆法；预计在国内外核心刊物上发表2-3篇高水平学术论文，实现偏微分方程与调和分析、几何测度论等不同数学领域融合与交叉，促进现代调和分析的发展。同时邀请相关领域的国内外专家学者进行合作交流，组织一次学术会议。
关键词：具多物理过程；磁流体方程；非线性色散方程；弯曲Fourier变换
研究周期：3年
项目经费：≤80万元/项
2.15面向国产异构超算的有限元计算软件技术研究指南代码：6142A（略）
功能用途：支撑爆轰流体力学高阶有限元算法、结构力学有限单元法与电磁场频域有限元方法适配国产异构并行机
研究内容：（详见附件）
考核指标：（1）有限元算法支撑组件支持常规四面体、六面体、三棱柱实体单元和梁、板、壳结构单元等单元类型，支持1阶至6阶常规有限元、间断有限元（DG）、棱单元等离散格式，支持显式和隐式两类有限元计算流程；支持单元类型、离散方法的后续扩展。（2）有限元算法组件支持天河3号、神威和曙光三类国产超算的异构加速部件，支持用户代码无需修改即可运行于CPU和国产异构超算。（3）有限元示范程序包括爆轰流体力学1个（类似Laghos）、结构静力学1个、结构冲击力学1个、电磁频域有限元1个，在天河3号、神威、曙光中一台或多台上，并行扩展到400万异构核，相对于40万异构核，并行效率不低于40%。
关键词：国产异构超算；有限元计算；屏蔽异构计算
研究周期：3年项目经费：≤60万元/项
2.16（略）格上的高精度紧致保正重构算法指南代码：6142A（略）
功能用途：（略）格上的高精度ALE算法
研究内容：（详见附件）
考核指标：（略）格上的一类新的高精度紧致保正重构方法。（略）格上的HWENO重构算法及程序，精度为3阶及以上，较WENO重构算法更加紧致，在相同精度下，重构模板宽度减少20%；（略）格下，数值误差减少10%；在相同的数值误差下，CPU计算时间减少15%；基于新的保正限制器，实现保持密度和压力非负的保正算法和程序，同时保持算法的高精度，相比于主流的Scaling保正限制器，CPU计算时间减少20%；基于上述重构算法，完成归档报告和论文3篇以上，并将该算法应用于九所的高精度ALE算法中。
关键词：（略）格；高精度算法；紧致重构；保正
研究周期：3年项目经费：≤60万元/项
2.17（略）络方法研究指南代码：6142A（略）
功能用途：用于爆轰驱动内爆压缩问题研究
研究内容：（详见附件）
考核指标：建立求解单介质和多介质可压缩流动问题的高精度机器学习方法，能够自动捕捉激波位置，求解L2相对误差不高于1%；（略）的守恒性等物理性质，（略）络方法，新方法求解精度提升不少于1个数量级。
关键词：无网格；保物理性质；多介质流动；深度学习方法
研究周期：3年项目经费：≤60万元/项
2.18适配GPU加速的三维时空高精度强鲁棒算法指南代码：6142A（略）
功能用途：用于高精度流体物理仿真
研究内容：（详见附件）
考核指标：建立三维时空一致高精度强鲁棒可压缩流体流动计算方法，支持六面体、四面体、三棱柱、金字塔等单元类型，三维算法空间离散阶数不小于三阶，时间推进阶数不小于三阶，支持单步时间推进，计算CFL数不小于0.5；算法适配至少一种GPU架构，空间重构模块和通量计算模块支持GPU独立计算，在相同工况下GPU与CPU计算结果相对误差小于1e-6，单GPU卡计算效率较单CPU核心计算提升不小于100倍；通过Sedov问题等三维典型算例验证程序鲁棒性，通过不小于1000万网格规模的三维流动GPU计算可行性验证；实际应用于九所数值模拟软件。
关键词：可压缩流动模拟；欧拉算法；时空一致高精度；GPU
研究周期：3年项目经费：≤60万元/项
2.19辐（略）络模型研究指南代码：6142A（略）
功能用途：(用于辐射驱动高压缩内爆问题研究)
研究内容：（详见附件）
考核指标：构（略）络模型及参数标定方法，该方法1)相比于只基于高保真度数据的建模方法，精度提高达到20%以上，并能提供数据噪音及高保真数据较少时导致的预测不确（略）间；2）支持主动学习，提供智能化的数据采集策略，高效校准模型参数；3)支持高维参数标定及不确定性量化。
关键词：参数标定；多保真数据；（略）络模型；不确定性量化
研究周期：3年
项目经费：≤60万元/项
2.20（略）格上的高精度时空耦合拉格朗日方法指南代码：6142A（略）
功能用途：极端条件下多介质流体高分辨模拟
研究内容：（详见附件）
考核指标：（略）格上的时空耦合通量算法，（略）型拉格朗日方法，克服传统（略）格拉格朗日算法在极端热力学环境下部分波系捕捉不准等问题，达到三阶及以上的时空一致高精度，有效捕捉移动界面处的精细物理结构，改善极端热力学条件下数值模拟可压缩多介质流体的置信度和鲁棒性。
关键词：时空耦合；拉格朗日方法；（略）格；极端热力学条件
研究周期：3年项目经费：≤60万元/项
3.青年基金项目
3.1极端条件物理与建模方向指南代码：6142A（略）
功能用途：用于极端条件物理与建模研究。
研究子方向：极端条件原子分子动力学、极端条件等离子体辐射输运性质、高能量密度物质特性理论模拟、高能量密度流体动力学模拟、极端条件材料物性理论研究、强场物理理论研究、红外-太赫兹波与物质相互作用等。
考核形式：研究论文；程序模块；物理模型。
研究周期：2年项目经费：≤15万元/项
3.2极端条件力学与模拟方向指南代码：6142A（略）
功能用途：用于极端条件力学与模拟研究。
研究子方向：炸药物性与爆轰性质的理论与数值模拟、材料本构理论模型与数值模拟、金属材料动态破坏的多尺度理论与数值模拟、界面不稳定性及湍流混合研究、极端条件复杂流动多尺度数值模拟研究、气粒两相流多尺度输运混合等研究。
考核形式：研究论文；程序模块；力学模型。
研究周期：2年项目经费：≤15万元/项
3.3计算数学与软件方向指南代码：6142A（略）
功能用途：用于计算数学与软件研究。
研究子方向：高置信度辐射流体力学计算方法、爆轰弹塑性流体力学计算方法、输运方程高效计算方法、现代分析及其在偏微分方程中的应用研究、基于机器学习的材料微尺度建模与计算方法、复杂多物理过程智能数值模拟、高性能并行计算研究、数值模拟软件的验证与确认等。
考核形式：研究论文；程序模块。
研究周期：2年项目经费：≤15万元/项
注:申请青年基金项目的科技人员应具备以下条件：
(一)年龄不超过35周岁；
(二)国内高校、科研院所毕业的优秀研究生、出站博士后，且已参加工作（在读研究生、在站博士后不得申请）；
(三)每人限申请一次；
(四)青年基金的申报题目可自行拟定，研究内容属于上述研究子方向之一即可。
二、联系信息
联系人：（略）
陈军，办公室电话：（略）手机：（略）
项目申请截止时间：2024年8月15日
项目受理邮箱：（略）
项目受理地址：（略）
以上内容经我重点实验室核查，密级为公开，（略）上公开发布。
计算物理全国重点实验室
2024年7月12日
(未经授权，严禁转载)
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