计算物理国家级重点实验室简介

沈隆钧　　张景琳　　蔚喜军

(北京应用物理与计算数学研究所,北京　100088)

　　计算物理国家级重点实验室是国家投资建设的科技重点实验室,1992年成立并对外开放,它的承建单位是北京应用物理与计算数学研究所.

计算物理国家级重点实验室主要从事计算物理、计算力学和计算数学的基础性研究.众所皆知,在近代科学中,科学计算已成为与理论研究、实验研究相并列的三大研究手段之一.在国民经济各部门和高科技领域,提出了许多具有重大科学意义和经济价值的科学计算研究项目,从而为计算物理、计算力学和计算数学提供了具有活力的挑战性研究内容.计算物理实验室以大型科学计算问题,特别是以本所的大型科学计算问题为背景,开展相关的基础性研究.

本实验室的主要研究方向及研究内容为:

(1)计算流体力学

主要研究炸药爆轰波传播规律及计算方法、流体力学界面不稳定性及湍流问题、自适应网格构造方法、流体力学方程高分辨率计算方法、各种类型的高维流体力学软件研制等.

(2)计算辐射流体力学

主要研究激光及惯性约束聚变等高科技领域中的高温、高压流体力学计算问题,包括强刚性的非线性方程组计算方法、双曲型方程与抛物型方程耦合的计算方法、几何与代数多重网格方法以及大型综合科学计算软件的研制.

(3)输运问题的计算方法

主要研究粒子输运方程的数值模拟方法.这些方法有:蒙特卡罗方法、差分方法、有限元方法以及它们的组合方法.此外,还研究输运问

题与流体力学问题耦合的计算方法.

(4)微观粒子模拟方法

对于流体力学问题或输运问题,可用大量微观粒子,借助经典的物理力学方法建立它们

之间的作用规律,进行数值模拟.由于计算机突飞猛进的发展,模拟的粒子数不断增多,这样的模拟距实际应用也为时不远.研究的模拟方法有:分子动力学方法、格子气(latticegas)方法、格子-玻尔兹曼方法等.

(5)物理参数研制中的计算方法

在上述大型科学计算中,不少物理参数的获得又必须通过复杂的计算过程.这方面的工作包括由大量原子或分子组成的复杂物质的动力学性质和热力学性质的研究及相关的计算方法研究.无疑,计算材料科学是重点研究内容.

(6)并行计算与科学计算可视化研究当代的大型科学计算问题实现并行计算和可视化势在必行.实验室对上述所有大型计算均开展了并行计算的理论研究和应用研究,取得了多方面的研究成果.在可视化方面,主要致力于可视化软件的开发与研制.

总之,计算物理国家级重点实验室装备了多台高性能计算机和图形工作站,以及相应的软件环境和辅助设备,为大型科学计算研究创造了良好的条件.

本实验室采取了如下几种方式实行对外开放:(1)接纳客座研究人员;(2)发放重点实验室试点基金,开展合作研究;(3)举办国际和国内学术会议;(4)培养硕士、博士研究生和接纳博士后研究人员.