理论与计算化学程序软件发展需求与资助模式思考——基于美国自然科学基金委软件基础构架项目

随着计算机计算能力和算法的高速发展,现有的计算软件已不能满足目前日益增长的需求。因此开发一种实用、高效的新型的计算软件结构就成为当务之急。该新型结构将具有支持多层理论方法的能力,同时可以兼顾实验和理论化学的结果,优化搜索引擎。新一代的计算化学软件必须具备高度的并行性、可扩展性、重复使用性和兼容性,并可实现大型社区驱动。本文基于美国自然科学基金委软件基础构架项目,阐述了计算化学软件发展需求和相关的资助模式,包括层列式的资助模式和资助范围。此外,本文还将从开发软件项目的特点等方面展开讨论,包括软件基础构架,软件培训和推广,以及其对软件开发项目可持续性的影响。     

低标度量子化学计算软件

当前化学及相关学科对复杂体系(包括大分子和凝聚相体系等)的研究越来越广泛,实验与定量计算的需求要求量子化学能够处理越来越复杂的体系,因此低标度量子化学计算软件成为计算化学软件发展的重要热点之一。本文围绕该主题,在国家自然科学基金委员会第181期双清论坛研讨成果的基础上,结合国家重大需求和理论化学学科发展前沿,针对复杂体系的量子化学算法,回顾了当前国内外低标度量子化学计算软件的进展与不足,提炼了在低标度量子化学算法和软件发展领域面临的挑战,给出了在未来5—10年该领域需要重点发展的方向建议。     

理论化学家视角中的仪器创制——第181期双清论坛学术综述

回顾历史,科学史上很多重要仪器的发明,都源于理论上新概念和新原理的提出。新概念和新原理可以催生具有原创思想的科学仪器的创制,最终促进我国基础科学研究创新能力的整体提升。当前理论与计算化学正处于蓬勃发展阶段,我国近年来在该学科方向发展迅速,已形成了强大的研究团队,积累了良好的研究基础。计算方法的发展是理论化学发展的重要部分,相关计算程序是理论方法得以付诸应用的桥梁,而众多理论研究又是建立在大量具体计算的基础上,所以计算化学软件的发展是理论与计算化学的重要前沿。然而,我国目前主要使用国外商业化软件,自主研发的很少。这不利于提升我国理论与计算化学的国际影响力,迫切需要弥补。为此,2017年6月11—13日,化学科学部、数学物理科学部、信息科学部与政策局联合举办主题为"理论化学家视角中的仪器创制"的第181期双清论坛。专家们通过充分而深入的研讨,形成了一个重要的共识:即缺乏具有自主知识产权的通用计算化学软件平台是制约中国理论化学发展的瓶颈。因而,基于新理论、新方法和新算法,自主系统开发、推进和创新计算化学软件是中国理论与计算化学学科今后能做出世界顶级贡献的必要条件。这和实验科学中基于新原理、新方法和新技术的自主研发大型仪器设备一样,需要长期和稳定的支持。     

化学软件辅助的结构化学实验教学

结合结构化学的特点,应用Chem3D、Gaussian和Gaussview这类计算化学软件,使传统教学中抽象的内容形象化,便于学生理解.     

异构计算量子化学软件的研发恰逢其时

量子化学计算软件在化学研究中扮演着日益重要的角色。利用前沿的计算机架构开发高性能量子化学软件,也受到软件开发者的广泛关注。近年来,随着GPU等加速部件展现出越来越强大的计算能力,异构计算也逐渐成为了量子化学软件的研究热点。本文介绍了异构计算技术的软硬件基础;综述了异构计算技术在计算化学,尤其是量子化学领域最新的研究进展和应用,涉及基于图形处理器(GPU)、协处理器(co-processor)的计算加速;并简要介绍了应用异构计算技术的相关量子化学软件。从这些研究的发展中我们可以看出,异构计算已经成为加速量子化学计算的巨大推动力量。对于诸多著名量子化学软件,其辉煌成就已成为了某种意义上的"历史负担",而异构计算为量子化学软件跨越式发展提供的机遇使得该应用领域国产软件的研发恰逢其时。     

优化资源研发具有影响力的电子结构计算软件包

理论化学的重要性和地位与日俱增,然而作为理论化学的主要研究手段,国内理论化学计算软件发展的现状却不容乐观。本文就当前理论化学国内软件开发工作面临的挑战和机遇,提出若干需要重视的问题。     

国内计算化学方法与软件开发

当前理论与计算化学正处于蓬勃发展时期,其中计算方法和软件的开发具有基础性地推动作用,类似实验科学中的先进科学仪器的创制。近年来,我国已有几十个研究小组在电子结构计算、动力学模拟、分子力场、药物设计、材料结构与性质预测等领域开发了各种新的计算方法,其中有些已经达到国际先进水平,且很多都有较高的实际应用价值。另一方面,很多研究工作仍然依赖国外的计算软件作为基础或平台,开发具有自主知识产权的计算化学软件平台将提升这些国内新方法的影响力并促进它们的广泛应用。     

Yn-2显影液药效调整的一种新方法

Yn-2显影液的药效调整是一件复杂的化验检验及计算过程，本文介绍一种基于化学原理的计算软件，能够实现自动分析最佳性能配方，合理地补充显影液的各成分。     

计算化学软件在大学有机化学教学中的应用

随着我国新课程改革体制的不断推广,我国教育界在教学方面已经发生了极大的转变,这为我国教育事业的发展奠定了坚实的基础。加之近年来计算机技术的发展,在教育中的应用,我国教育事业日益提升。在大学有机化学教学当中,为了能够更加有效的反应其机理,巩固其稳定性,计算机化学得到了快速的发展。本文主要针对计算化学软件在大学有机化学教学中的应用展开相应的研究,其目的在于通过在大学有机化学教学中,应用计算机化学软件来提升化学教学效率,最终实现提升大学整体教学效果的目的。     

面向激发态结构与过程的计算化学软件发展

自20世纪50年代起,人们就认识到发展计算方法与软件是理论化学研究的重要任务。实际上,化学的微观规律是已知的,即量子力学与统计力学,但由于化学问题的复杂性,几乎所有的问题都难以用解析模型求解。因此,复杂体系的计算方法与软件为理论化学研究的重点。长期以来,理论化学研究均面向基态,但由于光电功能材料,特别是与能源环境相关的研究需要,激发态问题近年来受到了广泛关注。对于激发态结构的计算,我们发展了对称化的密度矩阵重正化群方法,改进了耦合簇运动方程及其线性/非线性响应方法;并针对激发态过程,如电子激发态辐射/无辐射跃迁、电荷传输等与光电功能相关的问题,发展了计算发光效率、光谱、载流子迁移率的软件包—MOMAP。     

实验发展与理论发展互利共生、相互促进

大型科学仪器设备的创新对科学研究的创新性发展的作用不言而喻。本文以化学动态学研究中新实验方法和新理论方法的紧密结合和广泛运用为例,探讨理论发展如何与实验发展互利共生、相互促进,推动化学动态学,尤其是反应共振态研究的发展;结合由国家自然科学基金委资助的大连极紫外相干光源实验装置的创制,探讨理论发展如何对大型创新仪器设备的研制提供原创性的思想和技术支撑。事实上,实验与理论计算紧密配合互动已成为学科发展新阶段的工作新常态,而突破量子化学计算的基本矛盾,即计算量和精度难于兼顾的问题,开发兼顾高效率和高精度的新一代量子化学软件是促进理论与实验完美结合的必须,也应是未来理论与计算化学自身发展的核心攻坚任务。     

GaussView软件在高中化学杂化轨道理论教学中的应用

高中化学杂化轨道理论教学,能够帮助学生理解分子结构和性质,提升学生在微观探析和模型认知方面的化学学科核心素养。然而抽象的轨道形状影响了教师的教学效果和学生的学习兴趣。文章以专业计算化学软件GaussView应用于高中化学杂化轨道理论的课堂教学为例,首先分析了高中化学杂化轨道理论的课堂教学现状,然后详细介绍了利用GaussView软件构建杂化分子轨道的方法,接着阐述了应用GaussView软件增强课堂教学效果的路径,最后讨论了GaussView软件的使用注意事项。结果显示,通过GaussView软件制作的典型分子轨道,能够将抽象的杂化轨道进行形象化展示,有助于加深学生对杂化轨道理论的理解,提升学生的学习兴趣,增强学生的学习效果。     

高中化学计算题的解题方法

整个高中化学所涉及的知识包括基本理论、元素化合物、实验、计算等各方面知识,其中化学计算是不可缺少的部分,而且也是化学学习的难点,如何掌握化学计算致关重要。     

燃煤电厂烟气脱硫装置中流场模拟问题分析

半干法烟气脱硫由于其投资低、占地小、耗水少等优点,最适于我国现役机组的脱硫技术改造,通过对半干法脱硫系统多方位全面系统的研究,了解其内部结构、烟气流动特性、化学流动特性等,利用流场数值计算软件选择合理的数值计算模型,确定各种数据和参数进行数值模拟,设计一个达标可靠的系统对减少半干法脱硫中因结构造成的问题、完善半干法脱硫工艺、提高脱硫效率以及脱硫剂的利用率意义重大。     

基于流固耦合技术的发动机排气歧管热应力计算分析

采用流固耦合技术进行发动机排气歧管的热应力计算,采用AVL FIRE软件计算排气歧管内流场,并利用MATLAB软件编程将FIRE软件输出结果映射至有限元网格上,最后利用ABAQUS软件计算排气歧管的温度场和热应力。计算结果表明,计算结果与试验结果得到了很好的吻合,并给出了合理的建议。     

加强根据化学方程式计算的"典型习题"的分析讲解

根据化学方程式的计算,是化学计算中最主要的内容.对紧密结合反应原理,但解法又较"特殊"的"典型习题",加强分析讲解,对学生熟练掌握化学反应基础知识,提高化学计算能力,增强学好化学的自信心和积极性,提高他们的综合素质,都很有帮助.     

用多媒体技术制作化学课件的优势以及思考

化学教学已经离不开多媒体课件,如何把握使用多媒体课件的时机,制作化学多媒体课件的软件有哪些,以及多媒体课件在化学教学中的使用优势,并浅析制作过程中的个人思考。     

初中化学用语教学初探

化学用语是中学化学基础知识的重要组成部分,是化学计算的基础,是学习化学的重要工具.     

三种气液混输软件的模拟计算与分析

工程设计中管道工艺模拟计算常采用PIPESl M软件、OLGA软件和PIPESYS软件等分别模拟气液混输管线和单相气体管线的水力、热力计算,将计算结果进行对比,分析了三种不同软件的差异及各自的特点和适用范围。     

浅谈化学计算的课堂教学设计

遵循课堂教学设计的原则,不断优化课堂教学设计,以优质的设计实施化学计算的课堂教学,就能使学生在化学’计算中做到思路清晰,方法正确,从而理清质变,分析量变,巧找守恒,准确运算,规范表达,不断提高化学计算的技能,并不断发展智力和能力,达到全面提高课堂教学质量的目的。