Tech –X公司介绍

美国Tech-X公司由科罗拉多大学的John R. Cary教授创立于1994年，他是世界范围内计算等离子体物理领域最有影响力的专家之一。他们专注于等离子体粒子仿真计算领域的研究，将等离子体物理和大规模并行计算技术相结合，开发出了适合大规模并行计算的等离子体和粒子仿真软件，在全世界数千家用户中得到了广泛使用，是该领域中最有影响力的仿真软件。允若科技是Tech-X公司中国区域官方正式代理商，全面代理销售其旗下产品。

Tech-X公司的产品包括电磁粒子仿真软件VSim、等离子体流体动力学仿真软件USim和粒子辐射与防护仿真软件RSim。其中VSim基于PIC算法开发，适用于整个等离子体和射频领域的仿真问题，支持大规模并行计算；USim基于磁流体方程开发，包含各种化学反应，适用于高超声速流体力学、高能密度物理、天体物理、电气工程等研究领域；RSim是专业的粒子辐射与防护仿真软件，利用Geant4的蒙特卡洛方法作为底层，能够计算辐射损伤、辐射屏蔽和防护。输出能量和剂量沉积、网格通量、碰撞率等结果。

USim基本特点

USim是一种独特的计算流体动力学（CFD）代码，专门针对流体等离子体模拟进行了优化。USim使用结构化或非结构化网格，可以快速准确地模拟中性和带电流体动力学。

USim支持大规模并行计算，用户能够使用专门为高性能计算系统设计的算法解决极其复杂的问题。USim提供了两个不同的高级模块，提供了高超音速流动和高能量密度等离子体的详细模型，是目前唯一能够捕捉高超音速飞行多组分动力学的仿真工具。USim受到世界各地研究人员的信任，并被国防和航空航天等行业的工程师使用，是完整的流体等离子体解决方案。具有以下优点：

创新性

作为一种为等离子体模拟而专门优化的CFD工具，USim模拟在极端条件下带电流体相互作用的能力是独一无二的。利用USim的创新方法可以模拟多组分流体，USim的应用领域包括天体物理、核聚变、等离子炬、纳米颗粒合成、航天器屏蔽设计和航天器黑障通信等。

功能强大

USim支持多流体动力学和磁流体动力学模型，并扩展到多相流和多组分模型。由于USim是作为一种并行计算软件构建的，因此它可以计算尺度非常大的问题，例如模拟高马赫流场和各种极端条件下的等离子体。

结果可信

Tech-X公司的软件产品由专业的计算物理学家和软件工程师团队创建，已经在包括GEC Reference Cell和Turner基准测试在内的许多标准问题上进行了解决方案精度测试。这个由等离子体物理学家团队创建的代码在科学文献中被引用了2000多次。

   USim包含以下两个模块：

高超声速飞行多组分流体动力学计算模块：

高能量密度物理等离子体计算模块：          

USim整体功能特征

USim使用的基本流体力学模型

1，USim使用标准流体力学方程(Euler方程,N-S方程)、磁流体方程(单流体，二流体，霍尔磁流体)求解电磁流体问题

2，USim使用了高分辨率激波捕捉算法

3，USim支持结构和非结构网格、贴体网格，也支持基于GMSH格式的非结构化网格以及ExodusII格式的3维非结构网格的大规模并行计算。

4，USim支持二方程RANS湍流模型

5，USim支持直角坐标和柱坐标

USim支持的化学和多组分流体仿真类型

1，USim支持多组分多温度流体(含多组分等离子体)，含组分间的碰撞输运

2，USim计算过程包含组分间的化学反应，支持用户自定义的化学反应方程和反应系数

3，USim支持中性流体和等离子体的混合流动仿真。

4，USim支持固体壁面的热烧蚀仿真

USim功能模块

1，USimHS---高超声速飞行多组分流体动力学计算模块

UsimHS可以用于高超声速流体流动的应用研究。用户使用USimHS模块可以准确地模拟高超音速等离子体中的多组分和多温度流体动力学，可以用于研究外层大气中的多组分等离子体流动，包括多组分、高速粘性流体和等离子体物理特性等。并且可以仿真各种化学反应，包括：离解、化合、电离和复合，可以仿真分析高马赫条件下的气体加热和等离子体形成的整个过程。

USimHS可用于航天器大气层再入屏蔽设计，或与USimHEDP模块结合研究高超声速无线电通信设备或电弧等离子体炬。USimHS是目前唯一可用于高马赫流建模的商业软件，是高超声速流体动力学的可靠解决方案。

2，USimHEDP---高能量密度物理等离子体计算模块

USimHEDP可以精确模拟极端温度和压力条件下的等离子体，研究物质在极高温度和压力下的状态。能够计算电磁波的传播和衍射，计算等离子体鞘的形成和动态变化过程，再结合电磁粒子模拟软件，可以用于黑障通信领域的研究。。

USimHEDP能够有效地处理高能量密度实验中的各种条件，以模拟磁重联、稠密等离子体聚焦装置和纳米颗粒合成。USimHEDP由熟悉高能量密度等离子体特殊条件的计算物理学家创建，是进行高能量密度物理极端情况下等离子体模拟的完整工具。

USimHEDP具有一系列网格选项和多维可视化功能，可通过与电磁场的高级耦合捕获动态电子和离子。广泛用于高能量密度物理、核聚变、天体物理和电气工程等领域的研究。

USim优势介绍

·        适用于高超声速和高能量密度等极端等离子体环境下的流体动力学程序

·        可以在结构化或非结构化网格上求解

·        包含动态电子和离子算法

·        适用于多组分流体动力学

·        包含加速反应化学变化过程

·        过程多维可视化

·        高性能计算能力

·        记录的准确性

·        强大的后处理

·        强大的文档和教程

·        卓越的客户支持能力

USim应用范围

1、基础理论研究和教育

USim作为专业的电磁流体仿真软件，可以简单快速地处理流体力学和磁流体力学中的基本方程。这种能力可以用于教育目的，如让学生快速理解计算流体力学和磁流体模拟的基本过程，流体力学的一些基本概念和理论等；也可以用于分析流体力学中的各种基本过程和不稳定性，对理论研究提供参考。

2、高能密度物理

USim支持高能密度等离子体的模拟，并可以导入物态方程支持对极高温度和压力下的过程模拟。可以用于各种受控聚变问题中研究等离子体的形成和演化，如托卡马克、惯性约束和磁化惯性约束、磁化靶聚变、等离子体焦点等。

3、高超声速流体

在高速飞行器进入高层大气时，由于运动速度极高（>20 马赫），会与空气剧烈摩擦而达到极高温度(>10000K），发生分子解离和电离，形成很高浓度的自由基和电子-离子等离子体。这种等离子体会阻断电磁波的传播，称为黑障。USim能够研究多种组分气体的高超声速流动，跟踪仿真流动中发生的化学反应和电离、复合过程，并允许用户自 定义各种物态方程和化学反应、电离率。可以用于研究再入过程中的加热和黑障的形成。此外，USim还具有跟踪微波在黑障区传播和衍射的能力，能够对黑障问题进行更详细和全面的分析。可以用于高超声速飞行器设计、飞行器再入过程的研究。

4、天体物理和地球物理

USim可以研究大尺度等离子体的流动和电磁过程。这种能力可以用于研究空间等离子体和电离层的行为，包括磁重联等复杂行为。

5、热等离子体和电气工程

USim 具有热放电等离子体的能力，在研究中可以同时分析等离子体流动，气体运动和化学反应、等离子体形成。这种功能用于研究电弧、等离子体炬、等离子体风洞等设备。