副教授 力学与航空航天工程系

吴雷,现任南方科技大学副教授;浙江师范大学物理学学士/硕士,英国Strathclyde大学流体力学博士。2013年至2019年在英国Strathclyde大学从事博士后研究、并历任Chancellor Fellow/讲师和高级讲师。主要从事计算流体动力学及稀薄气体动力学的研究,通过气体动理论建模及发展高效准确的数值模拟方法,理解气体极限情况下的非平衡输运,在航空航天、微机电系统、页岩气流动模拟、固体微尺度传热等方面有重要应用。在相关领域国际权威期刊发表SCI论文60多篇,包括 Journal of Computaitonal Physcis 和 Journal of Fluid Mechanics。主持英国工程和自然科学研究会基金一项 (37万英镑) 和参与主持沙特法赫德国王石油矿产大学-爱丁堡大学-Strathclyde大学合作研究一项 (284万美元)。2019年入选“国家特聘专家(青年)”项目。目前是Advances in Aerodynamis的编委会成员,同时担任包括Nature、JCP、JFM等近40个国际期刊的审稿人。

个人简介

工作经历:

2019/11-至今 南方科技大学  副教授
2018/12-2019/10 英国Strathclyde大学 高级讲师
2015/04-2018/11 英国Strathclyde大学 Chancellor Fellow & 讲师
2013/10-2015/03 英国Strathclyde大学 博士后
2008/09-2010/10 浙江农林大学天目学院 讲师

 

教育背景:

2001/09-2005/06 浙江师范大学 学士
2005/09-2008/02 浙江师范大学 硕士
2010/11-2013/09 英国Strathclyde大学 博士

 

主要奖项:

2019年  曙光青年科学家奖 (16th International Conference for Mesoscopic Methods in Engineering and Science , Edinburgh)
2018年 Strathclyde Teaching Excellence Award
2010-2013年 Scotland Overseas Research Students Award
2010年 浙江省高校优秀科研成果奖 (二等):“非线性波的自相似传播研究”
2008年 浙江省优秀毕业生

 

学术会议组织:

2019年  第9届国际工业与应用数学大会,瓦伦西亚 (每四年一次) Mini-symposium “Kinetic modelling and multiscale simulation of nonequilibrium flow dynamics” 
2018年 第31届国际稀薄气体动力学会议,格拉斯哥 (每两年一次)

 

代表文章:

  • Lei Wu, Craig White, Thomas J. Scanlon, Jason M. Reese, Yonghao Zhang (2013) Deterministic numerical solutions of the Boltzmann equation using the fast spectral method. Journal of Computational Physics 250:27-52.
  • Lei Wu, Jason M. Reese, Yonghao Zhang (2014) Solving the Boltzmann equation deterministically by the fast spectral method: application to gas microflows. Journal of Fluid Mechanics 746:53-84.
  • Lei Wu, Jason M. Reese, Yonghao Zhang (2014) Oscillatory rarefied gas flow inside rectangular cavities. Journal of Fluid Mechanics 748:350-367.
  • Lei Wu, Craig White, Thomas J. Scanlon, Jason M. Reese, Yonghao Zhang (2015) A kinetic model of the Boltzmann equation for nonvibrating polyatomic gases. Journal of Fluid Mechanics 763:24-50.
  • Lei Wu*, Jun Zhang, Jason M. Reese, Yonghao Zhang (2015) A fast spectral method for the Boltzmann equation for monatomic gas mixtures. Journal of Computational Physics 298:602-621.
  • Lei Wu*, Yonghao Zhang, Jason M. Reese (2015) Fast spectral solution of the generalized Enskog equation for dense gases. Journal of Computational Physics 303:66-79.
  • Lei Wu*, Haihu Liu, Jason M. Reese, Yonghao Zhang (2016) Nonequilibrium dynamics of dense gas under tight confinement. Journal of Fluid Mechanics 794:252- 266. 
  • Lei Wu*, Jun Zhang, Haihu Liu, Yonghao Zhang, Jason M. Reese (2017) A fast iterative scheme for the linearized Boltzmann equation. Journal of Computational Physics 338:431-451.
  • Lei Wu*, Minh Tuan Ho, Lefki Germanou, Xiaojun Gu, Chang Liu, Kun Xu, Yonghao Zhang (2017) On the apparent permeability of porous media in rarefied gas flows. Journal of Fluid Mechanics 822:398-417.
  • Lei Wu*, Henning Struchtrup (2017) Assessment and development of the gas kinetic boundary condition for the Boltzmann equation. Journal of Fluid Mechanics 823:511-537.
  • Wei Su, Peng Wang, Haihu Liu, Lei Wu* (2019) Accurate and efficient computation of the Boltzmann equation for Couette flow: influence of intermolecular potentials on Knudsen layer function and viscous slip coefficient. Journal of Computational Physics 378: 573-590.
  • Wei Su, Peng Wang, Yonghao Zhang, Lei Wu* (2019) A high-order hybridizable discontinuous Galerkin method with fast convergence to steady-state solutions of the gas kinetic equation. Journal of Computational Physics 376: 973-991.
  • Lei Wu (2019) A fast spectral method for the Boltzmann collision operator for quantum gas mixtures: homogeneous relaxation and transport coefficients. Journal of Computational Physics 399:108924.

研究领域

计算流体力学:气体动理论建模和多尺度计算

稀薄气体动力学:高超声速流动、页岩气开采、瑞利布里渊散射、声子非平衡输运等


学术成果 查看更多

1)发展快速傅立叶方法求解Boltzmann方程以及描述稠密气体的Enskog方程;

Boltzmann方程是非平衡统计物理的重要方程,奠定了热力学第二定律的基础。上世纪以来更成为研究稀薄气体动力学的基本方程,在航空航天、微机电系统和页岩气开发中有着重要应用。但该方程的直接数值求解一直是人类面对的重大挑战。在前人工作的基础上,吴雷博士发展了Boltzmann方程的快速解法,并使之能处理分子之间的真实作用势 (如Lennard-Jones势以及用从头计算方法得到的分子间作用势) 以及多组分气体间的相互作用等。

2)计算费米气体的非平衡振荡行为,首次成功解释卡文迪什实验室的相关实验;

与玻色-爱因斯坦凝聚中玻色气体可以冷却到绝对零度左右不同,目前实验中实现的量子费米气体的温度较高,因此热运动不可忽略。吴雷博士首先用简化的量子气体动理论方程计算了准二维费米气体的四极振荡,并把数值结果与剑桥卡文迪什实验室的结果进行比对,得到了量子动理论方程的适用范围。最后吴雷博士直接求解了描述两组分费米气体的量子Boltzmann方程,指出了不同s波散射长度下不同自旋间费米气体的散射动力学。

3)建立多原子气体的动理论模型方程及其在计算瑞利-布里渊散射光谱中的应用;

多原子气体的Boltzmann方程最早由王承书院士和Uhlenbeck提出。因为考虑了分子内部的转动和振动能级,计算量是单原子Boltzmann方程的N4次方倍,其中N为多原子气体的内部能级数目。因此在实际的工程计算中,有必要对Boltzmann方程简化。吴雷博士及其合作者首先将用于描述双原子分子的Rykov简化模型推广到多原子气体,随后修正了模型方程中的碰撞项,成功地得到了与直接模拟蒙特卡洛方法一致的激波结构。新模型的另一个重要应用是计算激光与大气分子间相互作用的瑞利-布里渊散射光谱,计算效率是DSMC的1000余倍。在快速计算方法的帮助下,吴雷博士及其合作者首次发现气体分子间的相互作用势对光谱结构有重要影响,该发现有助于提高气体参数测量的精度。

4)首次成功解释Klinkenberg稀薄气体渗流实验结果,揭示影响渗透率的因数;

针对页岩气开采中的关键问题,吴雷博士介绍了多孔介质中气体流动表观渗透率的计算。渗透率是评价页岩气藏商业开发可行性的关键参数,与常规天然气储层相比,页岩气储层孔隙具有纳米级尺度,因此常规的基于Navier-Stokes方程的模拟方法不再适用。研究低孔、低渗页岩的渗透率及其影响因素对提高页岩气的采收效率有着非常重要的意义。吴雷博士及其合作者在大量的理论分析和数值计算的基础上,指出目前通用近似理论的缺陷,并首次给出Klinkenberg1941年经典实验的合理解释。

5)GSIS: 合成迭代加速算法;

传统的数值方法将Boltzmann方程的迁移项和碰撞项分开处理,因此在近连续流领域要求网格的尺寸小于分子平均自由程,这在多尺度计算中无法容忍;同时,传统的迭代方法需要成千上万次的迭代才能找到稳态解。我们提出的GSIS方法可以完美地消除以上两个限制,在粗网格下仅通过几十步迭代就能找出稳态收敛解,为稀薄气体的多尺度模拟找到了一条可行的道路。

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招聘类型

  • 研究助理教授 Research Assistant Professor
  • 博士后:35周岁以下;获得博士学位一般不超过3年。
  • 课题组研究学者Research Associate, 无年龄限制
  • 同时招收博士、硕士研究生

研究方向

1. 稀薄气体动力学:临近空间飞行器气动特性多尺度计算等

常规航空器飞行高度为距离地面20公里以下,航天器运行高度则距地面100公里以上,而距地面20公里到100公里之间的这段区域,则被称为临近空间。临近空间飞行器发展潜力极大,不少西方国家已经将其列入信息化武器装备体系建设中。但临近空间飞行器的气动特性研究是个难题。由于稀薄气体效应,传统的计算流体力学方法失效,而通用的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法在近连续流区需要大量模拟粒子,计算效率低。拟通过我们最近发展的合成加速算法(GSIS=General Synthetic Iterative Scheme: arXiv:1906.05280)求解Boltzmann方程,并最终实现DSMC涉及化学反应的高超声速多尺度流动的快速准确模拟。

2. 多孔介质流动模拟:页岩气流动机理研究等

虽然页岩气在北美已商业开发近20年,人们对多孔介质中的流动规律仍不够了解,中国更加复杂的地质条件对页岩气资源的开发提出巨大挑战。为了经济有效地开采,我们必须深入了解页岩气的流动规律。拟对高温高压下页岩气的非平衡输运进行建模,研究高压下页岩气与页岩基质的相互作用、如何使用超临界二氧化碳置换甲烷以及同时实现二氧化碳封存等前沿课题。

3. 计算流体力学:声子、辐射传热,非平衡相变换热等

随着电子器件尺寸的不断减少和功率的不断增大,散热问题成为影响微电子器件性能和寿命的重要因素。相变冷却由于其高散热能力受到极大关注。但是在微器件中,气体的平均自由程可能跟通道尺寸大小相比拟,此时非平衡效应显著,且气体-固体-液体接触线并不一定能用传统的流体方程描述。拟在这些方面开展基础研究,基于气体动理论自下而上建模,分析相变、移动接触线等复杂现象的机理。一体化研究纳米尺度的固体、液体、气体间的传质传热。

应聘条件

  • 已获得或即将被授予博士学位;力学、物理、计算数学或相关专业;有稀薄气体计算经验者优先;
  • 博士期间在相关专业期刊上发表SCI索引论文2篇及以上;
  • 有上进心、独立思考精神、工作勤奋踏实、具有良好的团队合作精神。

聘任期间的待遇(以下为博士后待遇,RAP和RA待遇面谈)

  1. 基本待遇:

1)每月由学校发放博士后研究人员基本工资8677元;

2)未使用校内周转宿舍或未依托学校使用深圳市公租房的博士后,可享受住房补贴2800元;

3)博士后开题后深圳市政府一次性发放18万元的博士后津贴(免税),中期考核后再发放18万元;

4)餐补,高温补贴、过节费、计生奖等,每年1 万余元。

5) 对于深圳市新引进的人才,还可以申请深圳市给予新引进人才的一次性租房和生活补贴3万元(免税),相当于两年在站期间额外补助1.5万元/年。

在不考虑扣除少量税的情况下,年均基本税后待遇总额为:

180000 + (8677+2800)*12 + 10000 + 15000= 34.2724 万元

入站后若成功申请 "校长卓越博士后",基本工资为15000元/月,年均基本税后待遇为:

180000 + (15000+2800)*12 + 10000 + 15000  = 41.86 万元。

  1. 福利待遇:

1)课题组为博士后提供科研经费支持、以及优良的工作和办公环境;两年2.5万元的学术交流资费;

2)课题组根据具体科研工作业绩情况,为博士后提供相应的科研绩效奖励;

3)博士后人员进站,可自愿选择落户深圳,其配偶和未成年子女可办理随迁入户;

4)博士后子女入托、入学等按深圳市相关条例执行。

  1. 其他支持:

1)课题组全力支持博士后作为负责人申请博士后科学基金、国家自然科学基金(青年和面上项目)以及广东省和深圳市的各级课题;

2) 具有海外留学经历或者拥有国外博士学位者,可参照深圳市高层次专业人才"认定标准申请"孔雀计划人才",有160万的奖励津贴(分5年发放,免税);一般针对RAP

3)应届毕业生或者获得博士学位3年以内的全日制博士,根据全国博士后管委会印发的《博士后创新人才支持计划》,申请获得"博新计划"支持的博士后,可获得国家给予每人两年60万元的资助(其中40万元为博士后日常经费,20万元为博士后科学基金)。具体申请条件和申报流程等参见"全国博士后管委会关于做好2019年度博士后创新人才支持计划实施工作的通知"。

  1. 职业前景:

1)博士后工作表现优异且符合条件者,于聘期期满后可聘为研究助理教授以上岗位;

2)博士后出站选择留(来)深从事科研工作,且与本市企事业单位签订3年以上劳动(聘用)合同,深圳市政府给予每人30万元的科研启动经费;

3)依据自身符合的条件,可申请 "深圳市孔雀计划C类人才"或者"深圳市后备级人才",享受5年160万的奖励津贴(免税)。

备注:"孔雀计划C类人才"和"深圳市后备级人才"的认定,可参照深圳市人力资源和社会保障局颁布的"深圳市海外高层次人才"和"深圳市高层次专业人才"认定标准。a)一般要求与本市企事业单位签订3年以上劳动(聘用)合同;b)"孔雀计划C类人才"要求海外经历+3篇JCR一区的文章;c)"后备级人才"要求获得国家自然科学基金或者中国博士后科学基金,且完成结题,或者出站留深工作3年后也可申请。

 

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