2024年10月14日至10月15日，北京应用物理与计算数学研究所许爱国教授与郑州大学张玉东副教授在机电工程学院研发楼413会议室分别为团队师生带来了两场题为《多尺度非平衡流动输运机理研究：介尺度建模与DBM动理学》与《微纳尺度流动的非平衡特性及其介观建模》的学术报告。

报告中，许爱国教授讲到，多尺度建模与模拟，躲不开“介尺度”这道坎。“介尺度”行为的典型特征是：离散效应显著，非平衡效应显著。“介尺度”行为研究面临的主要挑战是：宏观（准）连续近平衡描述的合理性受到挑战，同时微观分子动力学方法又在时空尺度上无能为力。把控能力不随离散、非平衡程度提升而降低的“介尺度”行为描述方法的需求是：随着离散、非平衡程度提升，状态描述需要更多的状态量，效应描述需要更多的效应量。这一功能需求，不仅拷问模拟前的模型方程，而且拷问模拟后的复杂物理场分析方法。“介尺度”方法的设计，需要兼顾物理功能和模拟代价。

“进军”介尺度，有两条路:从大往小和从小往大。鉴于需要与目前力学工程界主要采用的宏观连续建模进行对接，离散玻尔兹曼方法(Discrete Boltzmann Method，DBM)的方案是从介尺度范围中靠近宏观连续的一侧开始。作为动理学理论和平均场理论相结合的动理学建模方法+分析方法，DBM为模拟前提供模型方程，为模拟后提供复杂物理场分析方法;将传统Navier-Stokes(NS)作为自己在准连续近平衡情形的特例，但其目的并不是取代NS，而是揭示NS所遗漏的动理学行为特征，提供更多的复杂物理场分析方法，探索揭秘NS不再准确及不再有效的离散、非平衡复杂流动，开发离散、非平衡行为特征的物理功能，研究相应的非平衡调控方法和技术。

片刻休息后，张玉东副教授又为我们带来了生动讲解。他讲到，伴随着微/纳机电系统(MEMS/NEMS)的快速发展，微纳米尺度下的流动特性逐渐成为人们备受关注的问题。在微纳米尺度，气体的流动特性与传统宏观尺度下存在显著差异，表现出很多的非平衡特性，如壁面附近的速度滑移和温度跳变、热蠕动流、Knudsen层效应、非傅里叶导热、快速输运等。其主要原因有两方面:一是由于器件特征尺度的减小，流体系统具有较高的Knudsen数，传统基于连续介质假设的流体动力学模型适用性受到挑战;二是微纳尺度器件通常具有较大的表面积体积比，与表面相关的因素对流动的影响作用凸显，甚至主导着微纳尺度的流动行为。报告中介绍了张玉东副教授研究团队近年来在微纳尺度流动问题上的一些研究进展，涵盖介观模拟和实验测量两方面的工作。首先，介绍基于离散Boltzmann方法的非平衡流动介观建模与模拟研究;接着，展示近期在微纳尺度气体流动实验测量方面的研究进展;最后，分享微纳尺度流动的新特性在微纳器件设计和优化中一些应用实例。

在互动环节，两位教授针对现场师生的提问进行了耐心解答，分享了自己在研究过程中的心得体会。此外，两位教授还就如何加强跨学科合作、推动学术创新等话题进行了深入探讨。

最后，两位教授前往超净实验室进行参观，并针对当下科研过程中存在的一些问题给出了指导建议。

主讲人简介：

许爱国，北京应用物理与计算数学研究所研究员;北京大学工学院兼职教授;中国工程物理研究院物理力学专家组成员，博士生导师;中国交叉科学学会常务理事;全国统计物理与复杂系统会议学术委员会委员;曾任邓稼先创新研究中心学术委员、中国力学大会学术委员会委员。1998年6月于中国工程物理研究院研究生院获博士学位，导师为陈式刚院士;1998年7月2006年4月，先后工作于北京师范大学、韩国首尔大学、意大利巴里大学日本京都大学。目前主要研究任务为:针对武器物理、惯性约束聚变(ICF)等相关的复杂介质动理学，发展物理模型、模拟方法和分析方法，通过数值实验和理论分析，研究其中的微介观结构与非平衡行为及其对介质宏观响应特性的影响，为工程设计提供理论参考。承担武器物理、ICF相关的科研项目20多项。著有中国工程物理研究院科技丛书第081号《复杂介质动理学》(许爱国、张玉东著，科学出版社，2022)。被收录“爱思唯尔2020中国高被引学者”、“2023 全球前 2% 顶尖科学家(年度影响力)榜单”、2024全球前2%顶尖科学家(生涯影响力)榜单。

张玉东，郑州大学副教授，硕士生导师，2019年6月博士毕业于南京理工大学力学专业(与中国工程物理研究院联培)，获工学博士学位。2019年7月以拔尖博士身份入职郑州大学力学与安全工程学院。主要研究方向为微纳米尺度流动和导热特性，非平衡流与多相流的介观建模与模拟，以及微机电系统开发。目前主持国家自然科学基金和中国博士后面上项目各1项，参与国家自然科学基金和省重点研发项目多项，发表SCI论文30余篇，出版学术专著1部，参编英文专著1部。