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吴雷
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副教授
力学与航空航天工程系
吴雷，南方科技大学长聘副教授，英国Strathclyde大学流体力学博士。2013年至2019年在Strathclyde大学从事博士后研究、并历任讲师和高级讲师。主要从事稀薄气体动力学研究，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。以第一或通讯作者发表SCI学术论文50余篇，包括J. Fluid Mech. 10篇，J. Comput. Phys. 10篇。在Springer出版专著《Rarefied Gas Dynamics: Kinetic Modeling and Multi-Scale Simulation》。入选国家海外高层次人才引进计划青年项目、Advances in Aerodynamics编委、第四届欧洲非平衡气体流动会议科学委员会，获国际介观方法会议曙光青年科学奖。
个人简介
工作经历：
2019/11-至今 南方科技大学 长聘副教授/研究员
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：
2022年 力航系年度优秀科研奖
2021年 力航系年度优秀教学奖
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：
2022年7月 南方科技大学力学与航空航天工程系 “介观CFD：需求、挑战、前沿、应用”研讨会 （与航天科技空间物理重点实验室共同组织）
2019年12月 南方科技大学力学与航空航天工程系 “介观CFD：需求、挑战、前沿、应用”研讨会 （与单肖文教授、王连平教授共同组织）
2019年7月 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” （与徐昆教授、江松院士共同组织）
2018年7月 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, 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, 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*, 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*, 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*, Qi Li, Haihu Liu, Wim Ubachs (2020) Extraction of the translational Eucken factor from light scattering by molecular gas. Journal of Fluid Mechanics. 901: A23.
Wei Su, Lianhua Zhu, Peng Wang, Yonghao Zhang and Lei Wu∗ (2020) Can we find steady-state solutions to multiscale rarefied gas flows within dozens of iterations? Journal of Computational Physics 407: 109245.
Wei Su, Lianhua Zhu, Lei Wu* (2020) Fast convergence and asymptotic preserving of the General Synthetic Iterative Scheme. SIAM Journal on Scientific Computing. 42: B1517-B1540.
个人简介
研究领域
稀薄气体动力学
教学
连续介质力学 (2020，2021秋季)
稀薄气体动力学 (2021 春季，2022秋季)
现代计算方法 (2021，2022春季)
学术成果 查看更多
多原子气体的动理论建模及在计算瑞利-布里渊散射光谱中的应用: Journal of Fluid Mechanics 748 (2014) 350; JFM 901 (2020) A23; JFM 917 (2021) A58.
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N的4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，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; 提出通过激光散射实验提取气体参数的方案，解决了平动/转动热导率无法准确测量的科学难题。
发展快速谱方法求解Boltzmann方程: Journal of Fluid Mechanics 746 (2014) 53-84. Journal of Computational Physics 303 (2015) 66-79.
Boltzmann方程是稀薄气体动力学研究的基本方程，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。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。
合成迭代加速算法GSIS: Journal of Computational Physics 407 (2020) 109245. SIAM J. Sci. Comput. 42 (2020) B1517; Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 373 (2021) 113548.
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。吴雷博士提出的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。且GSIS具有通用性，可以针对各种碰撞模型进行加速计算。
解释Klinkenberg稀薄气体渗流实验结果，揭示影响渗透率的因数: Journal of Fluid Mechanics 822 (2017) 398-417.
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。
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