计算数学教研室-刘畅
所在单位：北京应用物理与计算数学研究所
导师职称：特聘研究员，博士生导师
电子邮箱：liuchang@iapcm.ac.cn
招生专业：计算数学
研究方向：计算数学、计算流体力学、粒子输运建模及模拟
一、教育经历
2008.9-2012.8 四川大学 基础数学专业 学士
2012.9-2016.8 香港科技大学 计算数学专业 博士
二、工作经历
2016.9-2020.11 香港科技大学，博士后
2020.12-2021.6 北京应用物理与计算数学研究所二室，助理研究员
2021.7-今 北京应用物理与计算数学研究所二室，副研究员，特聘研究员
三、研究方向及简介
刘畅是北京应用物理与计算数学研究所二室特聘研究员，博士生导师，国家级海外高层次人才回国专家，负责主体任务中惯性约束聚变粒子输运的算法发展和程序研制工作。
在主体任务中，刘畅紧扣高能量密度物理（HEDP）和惯性约束聚变（ICF）的理论研究和设计评估中对粒子输运过程准确高效模拟的主体任务需求，建立了HEDP条件下多尺度粒子输运的先进算法，开发了高性能带电粒子输运和辐射输运模拟程序，突破传统粒子输运模拟的效率瓶颈，实现了ICF二维主体程序中带电粒子输运计算功能从无到有，置信度从粗到精，效率从可算到敏捷高效，建立了ICF内爆核反应过程的高置信度模拟评估能力，支撑了ICF理论研究和点火靶设计等主体任务的开展。刘畅负责的主体任务课题获评2022-2023年所级优秀课题，刘畅获第38届和39届九所青年科技报告应用创新奖，获评2021-2023年度考核室级优秀,研究成果获2024年首都前沿学术成果奖。
在数学科学领域，刘畅围绕主体任务需求，合作创立了统一气体动理学波粒算法（UGKWP）理论，提出了流域自适应算法理论，近5年发表论文20余篇，2020年发表的UGKWP理论首篇论文单篇引用已超110次，年平均引用持续在20次以上。获批国家高层次人才项目，国家自然科学基金青年项目和面上项目，军委科技委创新特区项目。研究工作获包括中国科学院江松院士、郑晓静院士、欧洲科学院罗开红院士、Carrilo院士在内的领域知名专家引用数百次；受邀在第32届国际稀薄气体动力学国际会议作40分钟主旨报告；获2021年北京市科协青年托举人才；浙江大学、香港科技大学、国防科技大学等一流大学均有团队从事UGKWP理论研究。目前UGKWP理论已应用于空气动力学、湍流建模、粒子输运等科学问题的科学研究和ICF、高超音速飞飞行器等领域的工程应用，具有较高的学术和产业影响力。
四、个人荣誉、所获奖项
1. 国家级海外高层次青年人才，中组部，2021
2. 北京市青年托举人才，北京市科协，2021
3. 首都前沿学术成果将，北京市科协，2024
4. Yang Researcher Innovation Award，中国核学会，2018
5. 优秀博士论文，香港数学学会，2017
6. 九所青年科技报告应用创新奖，第38、39届
五、代表性论文及成果
1. W Li, C Liu, P Song, "Derivation of asymptotic limiting equations for multigroup anisotropic-scattering transport processes in optically thick regimes," Communications in Computational Physics, accepted, 2025. （唯一通讯）
2. X Yang, Y Zhu, C Liu, K Xu, "Unified gas-kinetic wave-particle method for frequency-dependent radiation transport equation," Journal of Computational Physics 522, 113587, 2025.
3. Y Hu, C Liu, H Shen, G Xiao, J Li, "An implicit unified gas-kinetic particle method with large time steps for gray radiation transport," Physics of Fluids 36 (11), 2024.（唯一通讯， Eidtor’s Pick）
4. C Liu, B Du, P Song, "A machine-learning augmented mixed method for simulating α particle transport in inertial confinement fusion," Journal of Computational Physics 515, 113283, 2024. （第一作者）
5. Z Pu, C Liu, K Xu, "Gas-kinetic scheme for partially ionized plasma in hydrodynamic regime," Journal of Computational Physics 505, 112905, 2024.
6. W Li, C Liu, P Song, "Unified gas-kinetic particle method for frequency-dependent radiation transport," Journal of Computational Physics 498, 112663, 2024. （唯一通讯）
7. Y Hu, C Liu, H Shen, S Zou, B Tian, "A Unified Gas-Kinetic Particle Method for Frequency-Dependent Radiative Transfer Equations with Isotropic Scattering Process on Unstructured Mesh," Communications in Computational Physics 35 (1), 181-211, 2024. （唯一通讯）
8. B Du, D Kang, S Zou, C Liu, L Deng, F Ge, Z Dai, H Cai, S Zhu, "Modeling of the non-Maxwellian response of DT plasmas to alpha particle transport in inertial confinement fusion (ICF) hotspot," Physics of Plasmas 31 (1), 2024.
9. Y Hu, C Liu, H Shen, G Xiao, J Li, "A Unified Gas-Kinetic Particle Method for Radiation Transport in an Anisotropic Scattering Medium," Entropy 26 (1), 52, 2024. （唯一通讯）
10. Y Hu, C Liu, H Shen, G Xiao, J Li, "A rigorous model reduction for the anisotropic-scattering transport process," Physics of Fluids, 122015, 2023. （唯一通讯）
11. C Liu, W Li, Y Wang, P Song, K Xu, "An implicit unified gas-kinetic wave–particle method for radiative transport process," Physics of Fluids 35 (11), 2023. （第一作者）
12. B Du, D Kang, C Liu, Y Shi, W Zhang, L Deng, P Song, S Zou, H Cai, "Monte Carlo simulations of charged particle transport in plasmas: A fast single-scattering model," Physics of Plasmas 30 (9), 2023.
13. X Xu, Y Zhu, C Liu, K Xu, "UGKS-based implicit iterative method for multiscale nonequilibrium flow simulations," SIAM Journal on Scientific Computing 44 (4), B996-B1017, 2022.
14. X Xu, Y Chen, C Liu, Z Li, K Xu, "Unified gas-kinetic wave-particle methods V: Diatomic molecular flow," Journal of Computational Physics 442, 110496, 2021.
15. X Yang, C Liu, X Ji, W Shyy, K Xu, "Unified gas-kinetic wave-particle methods VI: Disperse dilute gas-particle multiphase flow," Communications in Computational Physics, 2021.
16. C Liu, K Xu, "Unified Gas-kinetic Wave-Particle Method IV: Multi-species Gas Mixture and Plasma Transport," Advances in Aerodynamics, 2021. （第一作者）
17. C Liu, K Xu, "A Unified Gas-Kinetic Scheme for Micro Flow Simulation Based on Linearized Kinetic Equation," Advances in Aerodynamics 2 (21), 2021. （第一作者）
18. T Xiao, C Liu, K Xu, Q Cai, "A velocity-space adaptive unified gas kinetic scheme for continuum and rarefied flows," Journal of Computational Physics 415, 109535, 2020.
19. W Li, C Liu, Y Zhu, J Zhang, K Xu, "Unified gas-kinetic wave-particle methods iii: Multiscale photon transport," Journal of Computational Physics 408, 109280, 2020.
20. C Liu, K Xu, "Direct modeling methodology and its applications in multiscale transport process," Acta Aerodynamica Sinica 38 (2), 2020. （第一作者）
21. C Liu, Y Zhu, K Xu, "Unified gas-kinetic wave-particle methods I: Continuum and rarefied gas flow," Journal of Computational Physics 401, 108977, 2020. （第一作者）
22. Y Zhu, C Liu, C Zhong, K Xu, "Unified gas-kinetic wave-particle methods. II. Multiscale simulation on unstructured mesh," Physics of Fluids 31 (6), 2019.
23. C Liu, Z Wang, K Xu, "A unified gas-kinetic scheme for continuum and rarefied flows VI: Dilute disperse gas-particle multiphase system," Journal of Computational Physics 386, 264-295, 2019. （第一作者）
24. C Liu, G Zhou, S Wei, K Xu, "Limitation principle for computational fluid dynamics," Shock Waves, 1--20, 2019. （第一作者）
25. C Liu, K Xu, "A unified gas-kinetic scheme for continuum and rarefied flows V: multiscale and multi-component plasma transport," Communications in Computational Physics 22 (5), 1175-1223, 2017. （第一作者）
26. L Wu, MT Ho, L Germanou, XJ Gu, C Liu, K Xu, Y Zhang, "On the apparent permeability of porous media in rarefied gas flows," Journal of Fluid Mechanics 822, 398-417, 2017.
27. K Xu, C Liu, "A paradigm for modeling and computation of gas dynamics," Physics of Fluids 29 (2), 2017.
28. C Liu, K Xu, Q Sun, Q Cai, "A unified gas-kinetic scheme for continuum and rarefied flows IV: Full Boltzmann and model equations," Journal of Computational Physics 314, 305-340, 2016. （第一作者）
六、其他
1. 主持，主体任务：粒子输运求解器课题，2022-今（2022-2023年所级优秀课题）
2. 主持，国家自然科学基金，面上项目（12472287），辐射输运渐近约化模型和流域自适应算法发展及其在惯性约束聚变研究中的应用，52.39万元，2025年1月-2028年12月
3. 主持，北京市自然科学基金，重点项目（23Z10011），面向肿瘤放疗计划的高效算法和智能评估系统研究，150万元，2024年1月-2027年12月
4. 主持，军科委创新特区，重点项目（23-TQ09-41-TS-01-057），物理和数据融合驱动的设计评估新原理，300万元，2023年12月-2024年11月
5. 主持，国家自然科学基金，青年项目（12102061），辐射输运方程的高效多尺度数值方法研究，30万元，2022年1月-2024年12月
6. 主持，国家级海外高层次青年人才青年项目（第十六批），200万元，2021年1月-2023年12月