多尺度过程模拟
课程编码：180210081701P2003H
英文名称：Multiscale Process Simulation
课时：60
学分：3.00
课程属性：专业核心课
主讲教师：葛蔚等
教学目的要求
本课程是化学工程专业研究生的专业核心课。化工过程具有典型的多尺度特征，多尺度过程模拟已成为化学工程的重要研究手段之一。但多尺度过程模拟涉及的学科和方法众多，是典型的交叉前沿领域，现有课程体系难以全面覆盖，对将开展相关研究的学生造成很大困扰。本课程旨在为具有化学工程或相近专业本科背景的学生系统讲述多尺度过程模拟的基本原理和方法，包括相关数理、计算和信息等方面的基础知识和实用技巧，从而为学生在研究中充分利用和发展现代研究手段，培养交叉复合型人才打下基础。
鉴于连续介质力学和计算流体力学等方面国科大已开设较多课程，本课程不包括相关内容，但建议学生同时选修相应课程，以获得对多尺度模拟的更完整认识。
预修课程
任意一门编程语言
大纲内容
第一章 量子力学第一性原理方法 6学时 陈卫
第1节 量子力学简介
第2节 Hatree-Fock自洽场方法
第3节 密度泛函理论
第4节 基于密度泛函理论的计算与模拟
第二章 分子动力学模拟简介 12学时 陈卫
第1节 分子动力学模拟理论
第2节 分子动力学模拟在不同系综下的实现
第3节 分子动力学模拟程序使用简介
第三章 分子动力学模拟与第一性原理耦合计算 6学时 陈卫
第1节 深度神经网络简介
第2节 深度势能分子动力学
第四章 蒙特卡罗方法 6学时 陈卫
第1节 统计力学简介
第2节 蒙特卡罗方法理论基础
第五章 经典密度泛函理论 6学时 陈卫
第1节 液体的热力学性质
第2节 泛函分析简介
第3节 经典密度泛函理论
第六章 拟颗粒模拟 6学时 葛蔚
第1节 拟颗粒模拟的基本思想
第2节 拟颗粒的物性估计与检验
第3节 拟颗粒模拟的实现与扩展
第4节 拟颗粒模拟的应用
第七章 耗散粒子动力学模拟 3学时 葛蔚
第1节 耗散粒子动力学的提出
第2节 耗散粒子动力学模型及其发展
第3节 耗散粒子动力学的应用
第八章 格子玻尔兹曼方法 3学时 葛蔚
第1节 元胞自动机
第2节 玻尔兹曼方程
第3节 格子玻尔兹曼方法的基本思想
第4节 格子玻尔兹曼方法的发展与演化
第5节 格子玻尔兹曼方法的实现
第6节 格子玻尔兹曼方法的应用
第九章 光滑粒子动力学方法 3学时 华蕾娜
第1节 光滑粒子动力学的基本思想
第2节 光滑粒子动力学的发展与演化
第3节 光滑粒子动力学方法的应用
第十章 离散元方法 3学时 华蕾娜
第1节 离散元方法的基本思想
第2节 离散元方法的扩展
第3节 离散元方法的实现
第4节 离散元方法的应用
第十一章 多尺度方法与多尺度耦合模拟 4学时 葛蔚
第1节 多尺度模拟方法概述
第2节 连续-离散耦合模拟
第3节 能量最小多尺度(EMMS)模型与介科学方法
第4节 基于EMMS模型的多尺度模拟
第十二章 考试 2学时 华蕾娜
第1节 闭卷考试
参考书
1、
《颗粒流体复杂系统的多尺度模拟》@The Art of Molecular Dynamics Simulation: Second Edition，@《分子模拟的理论与实践》@《计算化学-从理论化学到分子模拟》@《密度泛函理论》
李静海、欧阳洁、高士秋、葛蔚、杨宁、宋文立@D. C. Rapaport@陈正隆@陈敏伯@胡英 刘洪来
2005年@2004@2007年@2009年@2016年
科学出版社@Cambridge University Press@化学工业出版社@科学出版社@科学出版社
课程教师信息
葛蔚：1992和1998年先后在哈尔滨工业大学热能工程专业获工学学士和博士学位。现任中国科学院过程工程研究所研究员、多相复杂系统国家重点实验室主任；中国科学院大学岗位教授、博导，天津大学外聘博导；中国化工学会模拟与仿真专业委员会主任委员，中国颗粒学会常务理事；《过程工程学报》副主编，Chemical Engineering Science编辑，《化学反应工程与工艺》编委，Particuology顾问。入选国家百千万人才工程，曾获国家自然科学基金委杰出青年基金，周光召基金会首届“杰出青年基础科学奖”、中国化工学会“侯德榜化工科技创新奖”、中国颗粒学会“宝洁青年颗粒学奖”。 针对流动、传递、反应耦合过程的介尺度机理与多尺度建模，提出了拟颗粒模拟，完善了气固和气液等系统的介尺度模型，主持研制了Mole系列多尺度超级计算软硬件系统，发展了虚拟过程方法。 相关研究已服务于所主持的中石油、中石化、宝钢、壳牌石油、道达尔、联合利华、必和必拓、通用电器、阿尔斯通等世界500强企业的研发过程。已发表期刊论文190余篇，主持译著2本、编著4本及20余章节。多次在CHISA, ISCRE, PARTEC, IMECE等重要国际会议上作Plenary或Keynote报告。 陈卫：男，理学博士，1983年生。2006年获电子科技大学学士学位，同年考取了中国科学院理论物理研究所直博生。2008年获得法国国家奖学金资助，赴法国里昂高等师范学院继续深造。2011年至2012年，在美国弗吉尼亚联邦大学做访问学者， 2012年至2014年在芬兰阿尔托大学从事博士后研究工作。2014年9月做为中国科学院计算机网络信息中心引进人才回国，2017年6月起在中国科学院过程工程研究所工作。主要从事多尺度计算机模拟、相变理论、复杂系统临界现象方面的理论研究，已在Phys. Rev. Lett.、Langmuir等期刊发表论文30余篇。