从根子上实现气动计算湍流模型的突破

湍流是制约我国航空航天飞行器设计的卡脖子问题。在计算流体动力学（ CFD ）日益成为飞行器设计的主要手段时,如何构建湍流的数学物理模型是最突出的基础科学难题。我们以复杂系统的新认识为基础,从理论、实验、计算等多方面形成一个突破湍流世纪难题的新思路。理论上,我们构建了结构系综理论新框架,在物理思想上将经典的朗道平均场理论推广到非平衡系统,形成基于广义李群变换的多层结构模型;在方法上创新发展了序函数分析方法,从精确数值模拟和实验测量的经验数据中提炼湍流场的物理结构参数。这一工作在探索飞行器相关的壁湍流的物理对称性原理方面取得了圆满的成功,首次获得规范壁湍流的解析解,确认了新的普适卡门常数0.45。同时,我们以钱学森系统工程的思想为指导,组织了湍流实验和计算平台的建设,针对飞行器典型流场实现了实验、计算和理论的联合攻关,并组织实施了工程计算平台的建设。这些努力为新一代工程湍流模型的研制奠定了坚实的基础。     

混沌是确定性系统的内在随机性吗？

本文首先介绍了随机性一词的现代含义和分类;其次,经分析证明,将动力系统的混沌行为归结为“确定性系统的内在随机性”的观点的不合理性;再次,明确指出在整个混沌区域中对初值的敏感性是动力系统混沌行为长期不可预测的内在的根本原因;最后的结论是当代混沌理论研究否定了拉普拉斯的机械决定论,丰富和发展了科学决定论。     

纯电动客车动力系统技术平台研究开发

1课题主要研究内容 本课题通过对纯电动客车动力系统平台的开发,重点在动力系统技术平台系统集成技术、动力系统平台试验技术、动力系统的优化匹配技术、动力电池成组应用及快速更换技术、辅助功率单元（APU）技术、电一电混合技术、驱动系统集成与控制技术、辅助系统电动化技术和制动能量回收技术等方面开展研究,完成动力系统技术平台的模块化、通用化和标准化设计。     

大规模科学计算研究

科学计算的兴起是20世纪后半叶最重要的科技进步之一.计算与理论及实验相并列,已经成为当今世界科学活动的第三种手段.为把信息和数据变成知识,从而探索科学未知,促进技术创新,加强国防建设,保障国家安全,计算将起不可替代的重要作用.当前科学计算正在向大规模和高性能发展,要达到"全物理、全系统、三维、高分辨、高逼真"的数值模拟,发展高效的计算方法与发展高性能的计算机同等重要.大规模计算提出的世界性难题已形成科学计算的学科前沿.求解由实际问题得到的复杂的偏微分方程不仅计算规模大,更由于非线性、多尺度、长时间、不适定、多区域、高病态等特点使计算格外困难.现有的算法远不能满足需求,这正是本项目必须解决的关键科学问题.本项目是多学科交叉的应用基础研究,将以针对国家目标在环境、材料、能源等领域选择的几个挑战性的大规模计算问题为主攻方向,应用科学计算这一研究手段,为高新技术及前沿学科的发展提供必要的数据和新的研究途径.本项目将重点研究解决这些重大问题所必需的高性能计算方法,并利用我国已有和将发展的大型计算机系统为测试和实现平台,解决几个有实际背景的大规模科学计算问题.本项目设置了复杂流动的高精度数值模拟,物质性质机理的多尺度计算研究,油藏模拟与波动问题及其反问题计算,基础计算方法的创新与发展,大规模计算软件系统的理论和实施等5个课题.自项目实施以来这些课题的研究工作都已取得了重要进展.     

论科技进步非对称性问题

一般来说,科技进步对社会经济发展的影响是积极的正面的.但科技进步的非对称性问题的存在却使科技进步的正面作用和形象受到严重损害.若任其下去,将对社会经济的可持续发展产生很不利的影响.本文对科技进步的非对称性现象、问题及其产生根源和科技进步非对称性问题对可持续发展的负面影响进行了系统分析,并提出了矫正和控制科技进步非对称性的对策思路.     

高温高压高密度物质的压缩性质、不透明度和输运系数研究

高温高压高密度物质状态是天体演化和核武器动作过程等必然经历的极端状态。高温高压高密度物质的压缩性质、不透明度和输运性质研究是理解高能量密度物理现象和动力学演化规律的基础,对国家重大应用研究具有不可或缺的支撑作用。高温高压高密度物质状态具有强耦合、强非线性和多时空尺度等特征,亟待理论和实验研究的创新。为解决上述问题,本项目将依托神光系列激光装置,将高温高压高密度物质性质研究分解为两个关键科学问题:(1)高温高压高密度条件下中低Z物质微观结构和运动形态的表征;(2)含高温高密度环境效应的复杂离子结构物理建模,采取"理论与实验结合、基础与应用结合"的方式开展研究。基于理论研究对实验的需求,发展新的实验方法与诊断技术,实验上将突破4项关键技术问题,同时通过设计针对性的物理实验,获得精密的实验结果,改进、发展并检验相关理论和物理模型,提升对物理规律的认识,并将研究成果及时转移到应用研究中。     

北京及周边地区大气污染机理及调控原理研究

"首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理"中大气分项目着重研究北京城市大气边界层动力、热力结构和边界层中大气污染物的物理化学特征及其变化规律,并对大气污染物的输送扩散、转化进行研究,开展城市大气污染数值预报模式及其预警系统的研究,这是本世纪城市环境研究的重大课题之一.本研究揭示城市大气环境污染调控原理,并提出治理方案.城市大气边界层系统观测及城市大气边界层物理过程和污染物化学过程之间强非线性、强非均匀性及耦合理论预测模型研究,大气与水、土多圈层相互作用的机理研究为实施北京"蓝天碧水"环境工程目标提供大气、水、土工程决策与规划,为北京地区污染综合治理提供了科学依据和理论基础.     

强纲领与知识的社会建构

本文探讨了科学知识社会学的重要理论家大卫·布鲁尔的“强纲领”理论的“强度”,分析了因果性和对称性的背景假设,特别关注了“知识的社会建构”问题。在细致考察了基于“不充分决定性”的具体论证之后,作者认为布鲁尔在论证中不恰当地降低了经验在知识建构中的重要性,因而未能提供知识的自然主义说明的普适模式。     

系统之优与非优转化动力机制

本文用系统辨证论和系统自组织理论论述了系统非优存在的客观性、系统之优与非优的转化问题,指出系统的转化是熵增、涨落、信息、突变、结构等多动力非线性相干的结果,且在分析了每种动力的产生机制的基础上指出系统之优与非优转化的意义。     

从非线性系统的演化看系统辩证论：兼论“持续,快速,健康”发展的模式设计

本文介绍了非线性系统及非线性作用的特点，探讨了非线性现象中的所包含的系统辩证规律。提出了人地协同论，对“持续，快速，健康”发展理论进行了系统思考。     

解读系统生物学:还原论与整体论的综合

系统生物学的最终目的是解析生命的复杂性。它是21世纪初科学革命的产物,出现于代谢通路理论、生物控制论和各种"组学"的多学科交叉点上,是非线性的"学科整合"的结果。从科学哲学观点看,单纯的还原论与整体论各有局限性,而还原论与整体论的融合则构成系统生物学的哲学基础。"硅细胞"模型表明,计算机模拟和数值实验是系统生物学的有力的方法论工具,提供了揭开生命复杂性之谜的钥匙。生命的涌现性质,是按线性叠加方式是不可计算、不可预测的,却是按非线性叠加方式却是有条件地可计算、可预测的。系统生物学的出现,有力地确证了"系统科学=生物学理论背后的元理论"的观点。     

多基团协同作用构建具有强倍频效应的硼酸盐非线性光学材料——Pb_2B_5O_9I

本研究将具有孤对电子效应的Pb2＋阳离子和弱电负性的I-阴离子同时引入五硼酸框架结构,构建出一种相匹配、强倍频效应的非线性光学晶体材料Pb2B5O9I。该材料在近紫外至中红外波段具有良好的透光性,其粉末倍频效应达到商用非线性光学基准材料KDP的13.5倍,是目前报道的硼酸盐体系中的最强值。基于密度泛函理论对其电子结构及截止能相关倍频系数的计算分析表明,该材料强倍频效应源自Pb^2＋的孤对电子、I^-阴离子及多种硼氧基团的协同作用。此研究将为不断提高硼酸盐材料的倍频效应及拓宽其透光波段开辟新的材料设计思路。     

对称性理论的逻辑起点及其推论

内容提要对称性及对称破缺是非常重要的概念，数学家、物理学家对其有深入的研究。本文旨在探讨对称性理论的逻辑起点及其推论，我们认为，时空点及其自然维数应是对称性及对称破缺理论的最原始的概念。     

电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理研究

1项目简介本项目属于电离层电波传播理论与应用基础研究的前沿课题,在国家自然科学基金重大项目等多个课题的支持下,致力于研究电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理和效应分析方法,开展了电离层媒质电磁特性的长期变化趋势、随机不均匀电离层电波传播理论,以及电离层变化对无线电系统影响的评估方法等研究,取得了重要的科学发现和创新性成果,为认识电离层多尺度变化对无线电波传播的影响机理提供了关键的传播理论基础和新的发现现象;建立了强起伏复杂随机媒质高阶统计矩求解方法,为研究电离层多尺度变化对无线电系统的影响及其对策提供了理论基础.     

电磁推迟相互作用和非线性光学过程的时间反演对称性破坏

在文献[1]中,通过量子力学的计算证明,考虑到电磁推迟相互作用后,光的高阶受激辐射与吸收过程存在时间反演对称性破坏.在此基础上,本文进一步讨论光学倍频、和频、差频过程,光学双稳态过程,光学自聚焦和自发散过程,光回波现象,以及光的自变透明和自变吸收等非线性光学过程中存在的时间反演对称性破坏现象.     

非线性系统中微观粒子的特性和非线性量子力学

经过20多年的艰苦研究,最近几年里作者与合作者完成了《非线性量子力学理论》(1994年)、《孤子物理学》(2003年)和英文专著QuantumMechanics inNonlinearSystems(2005年)。在这三本专著特别是英文专著中,作者建立了一门新的学科———非线性量子力学,详细而全面系统深入地描述了线性量子力学(LQM)的困难,建立非线性量子力学(NLQM)的必要性和重要性,它的物理理论、实验基础和数学基础,所提出的NLQM的基本原理和理论及该理论的特点,由该理论给出的微观粒子的波粒双重性和其它特性及产生这些特性的非线性相互作用的类型及产生的机理,如何…     

诺布效应的价值论说明

著名的诺布效应中包含了两个非对称性,称赞与责备"表态"的非对称性和行动意图之认定的非对称性。从价值应得合适态度之价值论的视角看,称赞和责备的非对称性出自"价值奇点"的理论要求,即阻止合适称赞态度无穷前进所可能导致的世界正价值爆炸。而意图认定的非对称性则是在态度"表白"中作为行动理由而平衡称赞与责备之非对称性的理性结果。     

对称性破缺与宇宙设计

寻求内在的对称与和谐是宇宙设计的最基本原则,但对称性破缺,作为宇宙设计的辅助原则,则是隐含对称性的间接表现形式。粒子物理的希格斯机制表明,“自发破缺”也可能为规范对称性理论贡献力量。     

激进的对称与“人的去中心化”——拉图尔的非人行动者能动性观念解读

拉图尔的行动者网络理论主张在人与非人之间保持激进的对称,认为二者都是科学活动中的行动者,享有完全对称的能动性。这种激进的对称性原则与拉图尔在科学研究中所追求的人的去中心化直接相关。从社会学角度看,人的去中心化很难实现,而且激进的对称很有可能导致科学实践的消解,因此,取消这种强对称性原则,代之以弱对称性原则,或许能够更好地理解科学。     

爱丁堡学派的强纲领

爱丁堡学派的强纲领包含因果性、公正性、对称性和反身性四个信条,其中因果性信条最为重要.强纲领主张消除原因与理由、内在性与外在性之间的二分,把科学知识作为一种自然现象进行因果说明.强纲领的主要内在困难不在于相对主义,而在于其还原论和决定论.