谈到高性能计算，很多人都会想到那些每秒可以运行百万亿次、千万亿次计算的超级计算机，如最近炒得很火爆的“天河一号”、“曙光6000“等，但很少有人会想到上面跑的软件。其实，硬件只是基础，只是提供了平台和资源，真正发挥作用的还得依靠软件。一直以来，国内“重硬轻软”的现象非常严重，每当有一代新的超级计算机研制成功，从厂商到媒体到政府，都会进行铺天盖地的宣传。 　　但对于应用单位来说，跟自己关系更加密切的却是“软件”，是“应用”。就在上个月举行的全国高性能计算学术年会上，我们对250多位来自全国各地的高性能计算中心、高校和科研院所、企业等单位代表进行了问卷调查，大家普遍反映，就目前的高性能计算现状来看，软件仍然是大问题，突出表现在几个方面： 　　①. 目前软件水平远跟不上硬件发展，应齐头并进，为合适的硬件平台开发合适的软件。 　　②. 缺乏相应的软件框架支持，并行化难度高，并行化开发急需提升。 　　③. 改善编程环境，发展和优化并行编程环境与工具，研究并行编程模型，开发国产自主知识产权并行应用软件。 　　④. 增强专业领域有影响力的并行软件开发能力，做出几个极具国际影响力的应用软件来推广应用。 　　为此，我们对中科院超级计算中心、中南大学高性能计算中心等所使用的软件情况进行了一番整理，也借此机会向大家介绍一下这些高性能计算软件。 　　由于高性能计算涉及的领域很广泛，要模拟计算的问题也是千差万别，所以这个领域的软件跟一般企业里使用的ERP、数据库、操作系统等不同，在数量上非常繁多。比如这次HPC China 2010参会单位涉及的领域就包括EDA设计仿真、CAE、数值计算、计算化学、计算物理、材料设计、量子力学、分子动力学、流体力学、工业设计、图像渲染、生物信息、生命科学、气象、天文、金融、石油勘探、工程计算、地震资料处理、集群管理、并行应用软件开发(MPI、OpenMP、CUDA)、Linpack测试研究、超算服务等。 　　以中科院超级计算中心为例，其深腾7000平台上跑的商业软件和开源软件就有50多种，如下表所示： 深腾7000付费应用软件   序号 名称 简介 1 ADF ADF是一款密度泛函计算软件 2 Amber 分子力场软件 3 ANSYS LS-Dyna 计算力学、有限元计算软件 4 ANSYS Mechanics 结构计算软件包 5 AVS 可视化处理软件包 6 CFX 通用CFD软件包，工程计算 7 Crystal 材料科学软件包 8 Fluent 通用CFD软件包，工程计算 9 IDL/FastDL 大数据集的可视化和分析软件包 10 Intel C/C++ Compiler Intel C/C++ 编译器的Linux版本 11 Intel Fortran Compiler Intel Fortran 编译器的Linux版本 12 Intel MKL Intel数学核心函数库，是一套针对科学工程计算和金融领域中一些对性能要求很高而开发的高度优化的多线程数学函数库 13 ITAC 用来帮助理解MPI程序的行为，快速发现程序的瓶颈从而取得并行程序的高性能 14 LSF LSF是Platform公司的作业管理系统软件。 15 Materials Studio 计算材料学软件 16 Matlab 数值计算软件 17 Medea VASP 第一原理分子动力学计算软件 18 Molpro Molpro是一款高精度电子结构量化计算软件。 19 ParaWise ParaWise是一种半自动的程序并行化工具。它分析串行程序，通过用户交互式的操作可以生成包含MPI或者OpenMP调用的程序 20 PGI Compiler PGI的并行化F77，F95，HPF，C和C++编译器的linux版本 21 Q-Chem 计算化学软件包 22 Spartan 计算化学软件包 23 Tecplot 可视化处理软件包 24 TotalView 图形化的源代码检测分析工具，可以提供给用户进程和线程级别的控制以及对程序状态和变量的可视化 25 TurboMole 量子化学计算软件 26 VTUNE 用来分析基于x86系列处理器的软件性能瓶颈，具有图形和命令行界面 27 Wien2K 计算化学/计算材料学软件  深腾7000开源软件  序号 名称 简介 1 Abinit 基于密度泛函理论，采用赝势和平面波基矢的方法来处理由电子和核所组成的体系的程序包，它可以计算体系的总能、电荷密度以及电子结构。 2 Amber 分子动力学软件，用于蛋白质、核酸、糖等生物大分子的计算模拟。 3 ATLAS Automatically Tuned Linear Algebra Software,性能较高的一种BLAS库。 4 AUTODOCK 较常用的分子对接软件。 5 AZTEC A Massively Parallel Iterative Solver Library for Solving Sparse Linear Systems是由Sandia 国家实验室开发的，主要用于并行迭代求解大型（PDE 问题）稀疏线性方程组。 6 Blast Blast是基于局部序列排比的常用数据库搜索工具，建立在严格的统计学的基础之上。它集中于发现具有较高的相似性的局部比对。 7 CASTEP 基于密度泛函方法的从头算量子力学程序，可以模拟固体、界面和表面的性质，适用于多种材料体系，包括陶瓷、半导体和金属等。 8 CPMD Car–Parrinello Molecular Dynamics,密度泛函平面波赝势代码，用于分子动力学从头计算。 9 Dl_poly 串行和并行分子动力学模拟软件包。 10 DOCK 分子对接软件和结果数据库。 11 DOUG Domain decomposition On Unstructured Grids是由Bath大学数学系M. J. Hagger 和L. Stals 开发的并行迭代解法器（黑箱），主要用于并行求解有限元方法离散的椭圆型偏微分方程组。 12 Espresso 材料性能模拟软件，包括电子自洽计算、晶格动力学计算、后续数据处理、电子输运性质计算、分子动力学等模块。 13 FFTW 由麻省理工学院计算机科学实验室超级计算技术组开发。FFTW是计算离散Fourier变换（DFT）的快速C程序的一个完整集合，它可计算一维或多维、实和复数据以及任意规模的DFT。FFTW还包含对共享和分布式存储系统的并行变换。 14 GAMESS 从头量化计算程序。 15 GMT GMT是大约60多个Unix/Linux工具的集合，可以处理二维及三维的数据集。 16 GotoBlas 美国得克萨斯大学研究人员Kazushige Goto开发的一种BLAS库，总体性能很高。 17 GrADS 气象数据处理和显示的交互式工具 18 GRAPES 我国国家气象局自行研制的天气预报模型 19 GROMACS 分子力学通用软件包。 20 Lammps 经典的分子动力学代码，可以对在液态、固态或者气态的状态下的粒子系综进行建模，可以建模原子、有机分子、生物分子、金属或者粗粒子系统，可以在不同的力场和边界条件下进行系统建模。 21 MM5 美国宾州州立大学和美国国家大气研究中心研制发展的新一代中尺度天气模型。 22 NAMD 大规模并行分子动力学计算软件。 23 Nwchem 计算化学软件，使用标准量子力学描述电子波函或密度，计算分子和周期性系统的特性，还可以进行经典分子动力学和自由能模拟。 24 OpenMX 材料模拟程序包，用于实现基于密度泛函理论的大标度从头计算。 25 PAPI The Performance API实时监控HPC软件性能的开源代码 26 PARPACK /ARPACK Arnoldi PACKage由Rice 大学开发用来求解大规模特征值问题的子程序集。用户通过PARPACK/ARPACK软件包，可解决来自重大应用领域内的大规模对称、非对称(包括Hermiton、non-Hermiton)和广义特征值问题。 27 Polyrate 使用变分或传统的过渡态理论，计算多原子分子（也包括原子、双原子分子的特例）的化学反应速率的程序。 28 SUNDIALS Suite of Nonlinear and Differential/Algebraic Equation Solvers由Lawrence Livemore 国家实验室开发，用于求解大规模非线性微分/代数方程。 29 TAO Toolkit for Advanced Optimization是Argonne 国家实验室开发的高级最优化工具箱，主要用于在高性能机器上求解大规模最优化问题。TAO 的所有消息传递通信均采用MPI 标准实现。 30 TINKER 一些程序的集合，用于进行分子力学和分子动力学计算，以及一些用于生物聚合物计算的特殊功能。 31 VENUS 用于进行晶体结构和电子/核密度的三维显示和操作。 32 VMD 分子可视化程序，用于观察和分析分子动力学模拟。 33 WRF 由许多美国研究部门及大学的科学家共同参与开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。 34 Xian_CI 是由西北大学现代物理研究所经过近20年的研究，开发的一组计算电子相关能的程序包，它的核心部分是多参考态的一级和二级激发的组态相互作用（MRCISD）计算  　　下面我们对部分高性能计算软件进行一些简要介绍：

　　Materials Studio：材料的模拟设计软件 　　官方主页：http://accelrys.com/products/materials-studio/ 　　简介 　　Materials Studio是ACCELRYS公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在PC上的模拟软件。它可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持Windows98、NT、Unix以及Linux等多种操作平台的Materials Studio使化学及材料科学的研究者们能更方便的建立三维分子模型，深入的分析有机、无机晶体、无定形材料以及聚合物。 　　任何一个研究者，无论他是否是计算机方面的专家，都能充分享用该软件所使用的高新技术，它所生成的高质量的图片能使你的讲演和报告更引人入胜。同时它还能处理各种不同来源的图形、文本以及数据表格。 　　多种先进算法的综合运用使Material Studio成为一个强有力的模拟工具。无论是性质预测、聚合物建模还是X射线衍射模拟，我们都可以通过一些简单易学的操作来得到切实可靠的数据。灵活方便的Client-Server结构还是的计算机可以在网络中任何一台装有NT、Linux或Unix操作系统的计算机上进行，从而最大限度的运用了网络资源。 　　ACCELRYS的软件使任何的研究者都能达到和世界一流工业研究部门相一致的材料模拟的能力。模拟的内容囊括了催化剂、聚合物、固体化学、结晶学、晶粉衍射以及材料特性等材料科学研究领域的主要课题。 　　Materials-Studio 问答全集: http://www.douban.com/group/topic/2600247/?from=mb-23195761 　　模块简介： 　　Materials Studio采用了大家非常熟悉的Microsoft标准用户界面，允许用户通过各种控制面板直接对计算参数和计算结果进行设置和分析。目前，Materials Studio软件包括如下功能模块： 　　Materials Visualizer: 　　提供了搭建分子、晶体及高分子材料结构模型所需要的所有工具，可以操作、观察及分析结构模型，处理图表、表格或文本等形式的数据，并提供软件的基本环境和分析工具以及支持Materials Studio的其他产品。是Materials Studio产品系列的核心模块。 　　Discover: 　　Materials Studio的分子力学计算引擎。使用多种分子力学和动力学方法，以仔细推导力场作为基础，可准确地计算出最低能量构型、分子体系的结构和动力学轨迹等。 　　COMPASS: 　　支持对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场。是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和经验数据等参数化并经验证的从头算力场。可以在很大的温度、压力范围内精确地预测孤立体系或凝聚态体系中各种分子的结构、构象、振动以及热物理性质。 　　Amorphous Cell: 　　允许对复杂的无定型系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测。通过观察系统结构和性质之间的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。可以研究的性质有：内聚能密度(CED)、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动等。 　　Reflex: 　　模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果。模拟的图谱可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更新。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。 　　Reflex Plus: 　　是对Reflex的完善和补充，在Reflex标准功能基础上加入了已被广泛验证的PowderSolve技术。Reflex Plus提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。 　　Equilibria: 　　可计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图，溶解度作为温度、压力和浓度的函数也可同时得到，还可计算单组分体系的virial系数。适用领域包括石油及天然气加工过程(如凝析气在高压下的性质)、石油炼制(重烃相在高压下的性质)、气体处理、聚烯烃反应器(产物控制)、橡胶(作为温度和浓度的函数的不同溶剂的溶解度)。 　　DMol3: 　　独特的密度泛函(DFT)量子力学程序，是唯一的可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程序，应用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、分子反应、分子结构等，也可预测溶解度、蒸气压、配分函数、熔解热、混合热等性质。 　　CASTEP: 　　先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体、金属等多种材料，可研究：晶体材料的性质(半导体、陶瓷、金属、分子筛等)、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构(能带及态密度)、晶体的光学性质、点缺陷性质(如空位、间隙或取代掺杂)、扩展缺陷(晶粒间界、位错)、体系的三维电荷密度及波函数等。 　　Materials Studio软件比Cerius2具有以下优点： 　　1、Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC上的模拟软件。支持Windows 98、2000、NT、Unix以及Linux等多种操作平台。 　　2、Materials Studio软件采用灵活的Client-Server结构。其核心模块Visualizer运行于客户端PC，支持的操作系统包括Windows 98、2000、NT;计算模块(如Discover， 　　3、Amorphous，Equilibria，DMol3，CASTEP等)运行于服务器端，支持的系统包括Windows 2000、NT、SGIIRIX以及Red Hat Linux。 　　投入成本低，易于推广。浮动许可(Floating License)机制允许用户将计算作业提交到网络上的任何一台服务器上，并将结果返回到客户端进行分析，从而最大限度地利用了网络资源，减少了硬件投资。   　　Matlab：通用数学计算资源 　　官方主页：http://www.mathworks.com/ 　　简介 　　MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 　　20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 　　MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 　　MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 　　应用领域 　　MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱(单独提供的专用 MATLAB 函数集)扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。MATLAB的主要应用领域包括： 　　数值分析 　　数值和符号计算 　　工程与科学绘图 　　控制系统的设计与仿真 　　数字图像处理技术 　　数字信号处理技术 　　通讯系统设计与仿真 　　财务与金融工程 　　Matlab的优势和特点 　　MATLAB特点 　　1、 其高级语言可用于技术计算; 　　2、 此开发环境可对代码、文件和数据进行管理; 　　3、 交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题; 　　4、 数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等 　　5、 二维和三维图形函数可用于可视化数据; 　　6、 各种工具可用于构建自定义的图形用户界面; 　　7、 各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言(如 C、C++、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel)集成; 　　8、 不支持大写输入，内核仅仅支持小写。 　　MATLAB的优势 　　1、 友好的工作平台和编程环境： 　　MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 　　2、 简单易用的程序语言： 　　Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M文件)后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 　　3、 强大的科学计算机数据处理能力： 　　MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 　　4、 出 {MOD}的图形处理功能： 　　MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能(例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等)方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能(例如图形的光照处理、 {MOD}度处理以及四维数据的表现等)，MATLAB同样表现了出 {MOD}的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面(GUI)的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。 　　5、 应用广泛的模块集合工具箱： 　　MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱(Toolbox)家族中有了自己的一席之地。 　　6、 实用的程序接口和发布平台： 　　新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特 {MOD}就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 　　7、 应用软件开发(包括用户界面)： 　　在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口;在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等;在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等;在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。 　　Matlab常用工具箱 　　MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算，可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。 　　开放性使MATLAB广受用户欢迎。除内部函数外，所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。 　　Matlab Main Toolbox——matlab主工具箱 　　Control System Toolbox——控制系统工具箱 　　Communication Toolbox——通讯工具箱 　　Financial Toolbox——财政金融工具箱 　　System Identification Toolbox——系统辨识工具箱 　　Fuzzy Logic Toolbox——模糊逻辑工具箱 　　Higher-Order Spectral Analysis Toolbox——高阶谱分析工具箱 　　Image Processing Toolbox——图象处理工具箱 　　LMI Control Toolbox——线性矩阵不等式工具箱 　　Model predictive Control Toolbox——模型预测控制工具箱 　　μ-Analysis and Synthesis Toolbox——μ分析工具箱 　　Neural Network Toolbox——神经网络工具箱 　　Optimization Toolbox——优化工具箱 　　Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱 　　Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱 　　Signal Processing Toolbox——信号处理工具箱 　　Spline Toolbox——样条工具箱 　　Statistics Toolbox——统计工具箱 　　Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱 　　Simulink Toolbox——动态仿真工具箱 　　Wavele Toolbox——小波工具箱   　　Wien2K：由密度泛函(DFT)理论进行固体电子结构计算的软件 　　官方主页：http://www.wien2k.at/ 　　中文介绍 　　用密度泛函理论计算固体的电子结构。它基于键结构计算最准确的方案——完全势能(线性)增广平面波((L)APW)+局域轨道(lo)方法。在密度泛函中可以使用局域(自旋)密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)。WIEN 2000使用全电子方案，包含相对论影响。 　　英文介绍 　　The program package WIEN2k allows to perform electronic structure calculations of solids using density functional theory (DFT). It is based on the full-potential (linearized) augmented plane-wave ((L)APW) + local orbitals (lo) method, one among the most accurate schemes for band structure calculations. In DFT the local (spin) density approximation (LDA) or the improved version of the generalized gradient approximation (GGA) can be used. WIEN2k is an all-electron scheme including relativistic effects and has many features. 　　In the last years it became a tradition to have at least one "WIEN-workshop" every year, where new and experienced users can learn more about the code, interchange ideas and share experiences. This series started in 1993 in Vienna and subsequent workshops were held not only in Vienna, but also in Trieste, Isfahan (Iran), twice at PennState (US), in Kyoto (Japan) and at UCLA (California,US). In April 2006 we have held a WIEN2k-workshop in Vienna, which was joined together with the DFTEM2006 conference in honor of Karlheinz Schwarz, where we celebrated his 65th birthday. 　　For 2007 we plan two workshops, one organized by the Inst. of High Performance Computing (IHCP) in Singapore and one again at PennState Univ. in the US organized by J.Sofo. 　　功能 　　1、计算固体特性。 　　2、键能和态密度，电子密度和自旋密度，X射线结构因子，Baders的“分子中的原子”概念，总能量，力，平衡结构，结构优化，分子动力学，电场梯度，异构体位移，超精细场，自旋极化(铁磁性和反铁磁性结构)，自旋-轨道耦合，X射线发射和吸收谱，电子能量损失谱计算固体的光学特性。 　　3、费米表面。 　　4、LDA，GGA，meta-GGA，LDA+U，轨道极化。 　　5、中心对称和非中心对称晶格，内置230个空间群。 　　6、图形用户界面和用户指南。 　　7、友好的用户环境W2web (WIEN to WEB)可以很容易的产生和修改输入文件 　　8、帮助用户执行各种任务(如电子密度，态密度等。 　　平台：Unix / Linux。   　　Ansys：材料力学性能加工过程有限元分析软件 　　官方主页：http://www.ansys.com.cn，http://www.ansys.com 　　简介 　　ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。 　　CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。 　　ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。 　　软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 　　前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型; 　　分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力; 　　后处理模块可将计算结果以彩 {MOD}等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 　　软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。 　　功能 　　1.结构静力分析 　　用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。 　　2.结构动力学分析 　　结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。 　　3.结构非线性分析 　　结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。 　　4.动力学分析 　　ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。 　　5.热分析 　　程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热-结构耦合分析能力。 　　6.电磁场分析 　　主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。 　　7.流体动力学分析 　　ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热-流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。 　　8.声场分析 　　程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。 　　9.压电分析 　　用于分析二维或三维结构对AC(交流)、DC(直流)或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析。 　　模块 　　软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 　　前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型; 　　ANSYS的前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。 　　1, 实体建模 　　ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球 、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块 、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANS YS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作 能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括 圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和 删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。 　　2,网格划分 　　ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由 划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后 选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了 用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户 指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差 低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。 　　分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力; 　　后处理模块可将计算结果以彩 {MOD}等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 　　软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。 　　3, 载荷 　　在ANSYS中，载荷包括边界条件和外部或内部作用力函数，在不同的分析领域中有不同的表征，但基本上可以分为6大类：自由度约束、力(集中载荷)、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。 　　1、自由度约束(DOF Cinstraints):将给定的自由度用已知量表示。例如在结构分析中约束是指位移和对称边界条件，而在热力学分析中则指的是温度和热通量平行的边界条件。 　　2、力(集中载荷)(Force)：是指施加于模型节点上的集中载荷或者施加于实体模型边界上的载荷。例如结构分析中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分析中的电流段。 　　3、面载荷(Surface Load):是指施加于某个面上的分布载荷。例如结构分析中的压力，热力学分析中的对流和热通量。 　　4、体载荷(Body Load):是指体积或场载荷。例如需要考虑的重力，热力分析中的热生成速度。 　　5、惯性载荷(Inertia Loads):是指由物体的惯性而引起的载荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的惯性力。 　　6、耦合场载荷(Coupled-field Loads):是一种特殊的载荷，是考虑到一种分析的结果，并将该结果作为另外一个分析的载荷。例如将磁场分析中计算得到的磁力作为结构分析中的力载荷。   　　Gaussian：量子化学综合软件包 　　官方主页：http://www.gaussian.com 　　基本介绍 　　Gaussian是目前计算化学领域内最流行、应用范围最广的商业化量子化学计算程序包。它最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰•波普(John A Pople, 1998年诺贝尔化学奖)在60年度末、70年代初主导开发的。其名称来自于该软件中所使用的高斯型基组。最初，Gaussian的著作权属于约翰•波普供职的卡内基梅隆大学;1986年，约翰•波普进入美国西北大学后，其版权由Gaussian,Inc.公司所持有。Gaussian软件的出现降低了量子化学计算的门槛，使得从头计算方法可以广泛使用，从而极大地推动了其在方法学上的进展。其可执行程序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上运行，并相应有不同的版本。到目前为止，Gaussian已经推出了12个版本，包括Gaussian70、Gaussian76、Gaussian80、Gaussian82、Gaussian86、Gaussian88、Gaussian90、Gaussian92、Gaussian92/DFT、Gaussian94、Gaussian98、Gaussian03等，其版本数字也是该版本发布的年份。其中，每个版本发布后，还陆续发布了一些这些版本的修订版。目前最新的版本是Gaussian03 Revision D.01/D.02。 　　Gaussian程序是用FORTRAN语言编写的，它从量子力学的基本原理出发，可计算能量、分子结构、分子体系的振动频率以及大量从这些基本计算方法中导出的分子性质。它能用于研究不同条件下的分子和反应，包括稳定的粒子和实验上难以观测的化合物，例如瞬时的反应中间物和过渡结构。 　　Gaussian的并行模式是采用OpenMP来实现的。OPENMP的并行实现是针对共享内存的机器的，实现方法简单。因此Gaussian在共享内存的机器上，能获得很好的性能。对于跨节点的计算，Gaussian使用TCP Linda软件来实现。TCP Linda是一个虚拟共享内存的并行执行环境，它可以把一个通过网络连接的分布式内存的机群或工作站虚拟成共享内存环境，从而使像Gaussian这样的用OPENMP实现并行的程序能够在分布式内存的机器上运行。 　　功能 　　1、 分子能量和结构 　　2、 过渡态能量和结构 　　3、 键和反应能量 　　4、 分子轨道 　　5、 多重矩 　　6、 原子电荷和电势 　　7、 振动频率 　　8、 红外和拉曼光谱 　　9、 核磁性质 　　10、 极化率和超极化率 　　11、 热力学性质 　　12、 反应路径 　　计算可以对体系的基态或激发态执行。可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。因 　　此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。 　　Gaussian 03 介绍 　　Gaussian 03在化学、化工、生物化学、物理化学等化学相关领域方面的功能都进行了增强。 　　1、 研究大分子的反应和光谱 　　Gaussian 03对ONIOM做了重大修改，能够处理更大的分子(例如，酶)，可以研究有机体系的反应机制，表面和表面反应的团簇模型，有机物光化学过程，有机和有机金属化合物的取代影响和反应，以及均相催化作用等。 　　ONIOM的其它新功能还有：定制分子力学力场;高效的ONIOM频率计算;ONIOM对电、磁性质的计算。 　　2、通过自旋-自旋耦合常数确定构像 　　当没有X-射线结构可以利用时，研究新化合物的构像是相当困难的。NMR光谱的磁屏蔽数据提供了分子中各原子之间的连接信息。自旋-自旋耦合常数可用来帮助识别分子的特定构像，因为它们依赖于分子结构的扭转角。 　　除了以前版本提供的NMR屏蔽和化学位移以外，Gaussian 03还能预测自旋-自旋耦合常数。通过对不同构像计算这些常数，并对预测的和观测的光谱做比较，可以识别观测到的特定构像。另外，归属观测的峰值到特定的原子也比较容易。 　　3、研究周期性体系 　　Gaussian 03扩展了化学体系的研究范围，它可以用周期性边界条件的方法(PBC)模拟周期性体系，例如聚合物和晶体。PBC技术把体系作为重复的单元进行模拟，以确定化合物的结构和整体性质。例如，Gaussian 03可以预测聚合物的平衡结构和过渡结构。通过计算异构能量，反应能量等，它还可以研究聚合物的反应，包括分解，降解，燃烧等。Gaussian 03还可以模拟化合物的能带隙。 　　PBC的其它功能还有：(1) 二维PBC方法可以模拟表面化学，例如在表面和晶体上的反应。用同样的基组，Hartree-Fock或DFT理论方法还可以用表面模型或团簇模型研究相同的问题。Gaussian 03使得对研究的问题可以选择合适的近似方法，而不是使问题满足于模块的能力极限。(2) 三维PBC：预测晶体以及其它三维周期体系的结构和整体性质。 　　4、 预测光谱 　　Gaussian 03可以计算各种光谱和光谱特性。包括：IR和Raman;预共振Raman;紫外-可见;NMR;振动圆形二 {MOD}性(VCD);电子圆形二 {MOD}性(ECD);旋光 {MOD}散(ORD);谐性振-转耦合;非谐性振动及振-转耦合;g张量以及其它的超精细光谱张量。 　　5、模拟在反应和分子特性中溶剂的影响 　　在气相和在溶液之间，分子特性和化学反应经常变化很大。例如，低位构像在气相和在(不同溶剂的)溶液中，具有完全不同的能量，构像的平衡结构也不同，化学反应具有不同的路径。Gaussian 03提供极化连续介质模型(PCM)，用于模拟溶液体系。这个方法把溶剂描述为极化的连续介质，并把溶质放入溶剂间的空穴中。 　　Gaussian 03的PCM功能包含了许多重大的改进，扩展了研究问题的范围：可以计算溶剂中的激发能，以及激发态的有关特性;NMR以及其它的磁性能;用能量的解析二级导数计算振动频率，IR和Raman光谱，以及其它特性;极化率和超极划率;执行性能上的改善。 　　G03W的界面和G98W相比，没有什么变化，G98W的用户不需要重新熟悉界面。 　　Gaussian新增内容 　　1、 新的量子化学方法 　　(1) ONIOM模块做了增强 　　对ONIOM(MO:MM)计算支持电子嵌入，可以在QM区域的计算中考虑MM区域的电特性。 　　通过算法的改善，ONIOM(MO:MM)对大分子(如蛋白质)的优化更快，结果更可靠。 　　ONIOM(MO:MM)能够计算解析频率，ONIOM(MO:MO)的频率计算更快。 　　提供对一般分子力场(MM)的支持，包括读入和修改参数。包含了独立的MM优化程序。 　　支持任何ONIOM模拟的外部程序。 　　(2) 修改和增强了溶剂模块 　　改善和增强了连续介质模型(PCM)： 　　默认是IEFPCM模型，解析频率计算可以用于SCRF方法。此外改善了空穴生成技术。 　　模拟溶液中的很多特性。 　　可以对Klamt的COSMO-RS程序产生输入，通过统计力学方法，用于计算溶解能，配分系数，蒸汽压，以及其它整体性质。 　　(3) 周期性边界条件(PBC) 　　增加了PBC模块，用于研究周期体系，例如聚合物，表面，和晶体。PBC模块可以对一维、二维或三维重复性分子或波函求解具有边界条件的Schrodinger方程。周期体系可以用HF和DFT研究能量和梯度; 　　(4) 分子动力学方法 　　动力学计算可以定性地了解反应机制和定量地了解反应产物分布。计算包含两个主要近似： 　　Born-Oppenheimer分子动力学(BOMD), 对势能曲面的局域二次近似计算经典轨迹。计算用Hessian算法预测和校正走步，较以前的计算在步长上能够改善10倍以上。还可以使用解析二级导数，BOMD能够用于所有具有解析梯度的理论方法。 　　提供原子中心密度矩阵传播(ADMP)分子动力学方法，用于Hartree-Fock和DFT。吸取了Car和Parrinello的经验，ADMP传递电子自由度，而不是求解每个核结构的SCF方程。与Car-Parrinello不同之处在于，ADMP传递密度矩阵而不是MO。如果使用了原子中心基组，执行效率会更高。这一方法解决了Car-Parrinello存在的一些限制，例如，不再需要用D代替H以获得能量守恒，纯DFT和混合DFT均可使用。ADMP也可以在溶剂存在的情况下执行，ADMP可以用于ONIOM(MO:MM)计算。 　　(5) 激发态 　　激发态计算方面做了增强。由于改善了在完全组态相互作用计算中求解CI矢量的算法，提高了CASSCF执行效率。对能量和梯度计算可以使用约14个轨道(频率计算仍是8个)。 　　限制活性空间(RAS)的SCF方法。RASSCF把分子轨道分成五个部分：最低的占据轨道(计算中作为非活性轨道考虑)，计算中作为双占据的RAS1空间，包含对所研究问题非常重要分子轨道的RAS2空间，弱占据的RAS3空间，以及未占据轨道(计算中做冻结处理)。因此，CASSCF在RAS计算中分成三个部分，考虑的组态通过定义RAS1空间允许的最少电子数和RAS3空间允许的最多电子数，以及三个RAS空间电子总数来产生。 　　NBO轨道可用于定义CAS和RAS活性空间。对于对应成键/孤对电子的反键轨道可以提供相当好的初始猜测。 　　对称性匹配簇/组态相互作用(SAC-CI)方法，用于有机体系激发态的高精度计算，研究两个或更多电子激发的过程(例如电离谱的扰动)，以及其它的问题。 　　CIS，TD-HF和TD-DFT的激发态计算中可以考虑溶剂影响。 　　2、 新的分子特性 　　(1) 自旋-自旋耦合常数，用于辅助识别磁谱的构像。 　　(2) g张量以及其它的超精细光谱张量，包括核电四次常数，转动常数，四次离心畸变项，电子自旋转动项，核自旋转动项，偶极超精细项，以及Fermi接触项。所有的张量可以输出到Pickett的拟合与光谱分析程序。 　　(3) 谐性振-转耦合常数。分子的光谱特性依赖于分子振、转模式的耦合。可用于分析转动谱。 　　(4) 非谐性振动及振-转耦合。通过使用微扰理论，更高级的项可以包含到频率计算中，以产生更精确的结果。 　　(5) 预共振Raman光谱，可以产生基态结构，原子间连接，以及振动态的信息。 　　(6) 旋光性以及旋光 {MOD}散，通过GIAO计算，用于识别手性体系的异构体。 　　(7) 电子圆二 {MOD}性(ECD)。这一特性是光学活性分子在可见-紫外区域的差异吸收，用于归属绝对构型。预测的光谱还可用于解释已存在的ECD数据和归属峰位， 　　(8) 含频极化和超极化，用于研究材料的分子特性随入射光波长的变化。 　　(9) 用量度无关原子轨道(GIAO)方法计算磁化率，它类似于电极化率，用于研究分子的顺磁/反磁特性。 　　(10) 预测气相和在溶剂中的电、磁特性和光谱。 　　(11) ONIOM预测电、磁特性。 　　3、 新增加的基本算法 　　(1) 更好的初始轨道猜测。Gaussian 03使用Harris泛函产生初始猜测。这个泛函是对DFT非迭代的近似，它产生的初始轨道比Gaussian 98要好，例如，对有机体系有所改善，对金属体系有明显改善。 　　(2) 新的SCF收敛算法，几乎可以解决以前所有的收敛问题。对于其它极少数的不收敛情况，Gaussian 03提供了Fermi展宽和阻尼方法。 　　(3) 纯DFT计算的密度拟合近似。这一近似在计算库仑相互作用时，把密度用一组原子中心函数展开，而不是计算全部的双电子积分。它用线性换算的算法，对中等体系的纯DFT计算可以极大地提高计算效率，而又不损失多少精度。Gaussian 03可以对AO基自动产生合适的拟合基，也可以选择内置的拟合基。 　　(4) 更快的自动FMM方法，用于适中的体系(纯DFT约100个原子，混合DFT约150个原子)。 　　(5) 对纯DFT使用更快的库仑能算法，节省库仑问题的CPU时间。 　　(6) O(N)更精确的交换能量项。在Hartree-Fock和DFT计算中，通过删除密度矩阵的零值项来屏蔽精确的交换贡献。这可以节省时间，而又不损失精度。 　　4、 新增功能： 　　(1) 新的密度泛函：OPTX交换，PBE和B95相关，VSXC和HCTH纯泛函，B1及其变体B98，B97-1，B97-2，PBE1PBE混合泛函。 　　(2) 高精度能量方法：G3及其变体，W1方法。另外还包含W1BD，它用BD代替耦合簇，比CBS-QB3和G3更精确，当然计算也更加昂贵。 　　(3) 对重元素全电子基组计算的Douglas-Kroll-Hess标量相对论修正，用于当ECP基组不能满足精度的情况。 　　(4) 逼近基组极限的UGBS基组。   　　Fluent：通用CFD软件包 　　官方主页：http://www.fluentchina.com，http://www.fluent.com/ 　　简介 　　通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转捩与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。 　　特点 　　FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法; 　　定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定常模拟功能; 　　FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题，用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生成。网格变形方式有三种：弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式。其局部网格重生式是FLUENT所独有的，而且用途广泛，可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题; 　　FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术; 　　FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的; 　　FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型; 　　适用于牛顿流体、非牛顿流体; 　　含有强制/自然/混合对流的热传导，固体/流体的热传导、辐射; 　　化学组份的混合/反应; 　　自由表面流模型，欧拉多相流模型，混合多相流模型，颗粒相模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型; 　　融化溶化/凝固;蒸发/冷凝相变模型; 　　离散相的拉格朗日跟踪计算; 　　非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型(考虑多孔介质压力突变); 　　风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型; 　　惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格; 　　动静翼相互作用模型化后的接续界面; 　　基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型; 　　质量、动量、热、化学组份的体积源项; 　　丰富的物性参数的数据库; 　　磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题; 　　连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题; 　　高效率的并行计算功能，提供多种自动/手动分区算法;内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算; 　　FLUENT软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口(UDF); 　　FLUENT软件采用C/C++语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用率。 　　在CFD软件中，Fluent软件是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。Fluent的软件设计基于“CFD计算机软件群的概念”，针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度等各方面达到最佳。由于囊括了FluentDynamicalInternational比利时PolyFlow和FluentDynamicalInternational(FID)的全部技术力量(前者是公认的在黏弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司，后者是基于有限元方法CFD软件方面领先的公司)，因此Fluent软件具有如下优点 　　1、功能强，适用面广。包括各种优化物理模型，如:计算流体流动和热传导模型(包括自然对流、定常和非定常流动，层流，湍流，紊流，不可压缩和可压缩流动，周期流，旋转流及时间相关流等);辐射模型，相变模型，离散相变模型，多相流模型及化学组分输运和反应流模型等。对每一种物理问题的流动特点，有适合它的数值解法，用户可对显式或隐式差分格式进行选择，以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。 　　2、高效，省时。Fluent将不同领域的计算软件组合起来，成为CFD计算机软件群，软件之间可以方便地进行数值交换，并采用统一的前、后处理工具，这就省却了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动，而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。 　　3、建立了污染物生成模型。包括NOX和ROX(烟尘)生成模型。其中NOX模型能够模拟热力型、快速型、燃料型及由于燃烧系统里回燃导致的NOX的消耗。而ROX的生成是通过使用两个经验模型进行近似模拟，且只使用于紊流 　　FLUENT同传统的CFD计算方法相比，具有以下的优点： 　　1、稳定性好，FLUENT经过大量算例考核，同实验符合较好。 　　2、适用范围广，FLUENT含有多种传热燃烧模型及多相流模型，可应用于从可压到不可压、从低速到高超音速、从单相流到多相流、化学反应、燃烧、气固混合等几乎所有与流体相关的领域。 　　3、精度提高，可达二阶精度。   　　Quantum-ESPRESSO：基于密度泛函的从头算起分子动力学免费软件 　　官方主页:http://www.quantum-espresso.org/ 　　简介 　　ESPRESSO意为“op(E)n (S)ource (P)ackage for (R)esearch in (E)lectronic (S)tructure, (S)imulation, and (O)ptimization”。Quantum-ESPRESSO软件包基于密度泛函理论，使用平面波基组和赝势。它包含以下代码： 　　1、PWscf：电子结构，结构优化，分子动力学，振动特性和介电特性。 　　2、FPMD：Car-Parrinello可变晶胞的分子动力学程序。它基于R. Car和M. Parrinello的原始代码。 　　3、CP：Car-Parrinello可变晶胞的分子动力学程序。它基于R. Car和M. Parrinello的原始代码。 　　4、PWgui：产生PWscf输入文件的图形用户界面。 　　5、atomic：用于原子计算和产生赝势。 　　功能 　　一、基态计算： 　　1、自洽场总能量，力，和张量。 　　2、使用迭代对角技术，阻尼动力学，和共轭梯度进行能量最小化。 　　3、Kohn-Sham轨道。 　　4、Gamma点，k点取样，各种展宽技术(Fermi-Dirac，Gaussian，Methfessel-Paxton，Marzari-Vanderbilt)。 　　5、模守恒赝势和超软赝势，PAW。 　　6、交换关联泛函：LDA，GGA(PW91，PBE，B88-P86，BLYP)，meta-GGA，精确交换泛函，杂化泛函。 　　7、LDA+U。 　　8、Berry相极化。 　　9、自旋轨道耦合和非共线磁性。 　　10、最大局域化函数。 　　二、响应特性(密度泛函微扰理论)： 　　1、声子频率，以及任意波矢的本征矢。 　　2、完全声子 {MOD}散，实空间的原子间力常数。 　　3、平移和转动的声音求和规则。 　　4、有效电荷和 {MOD}散张量。 　　5、电-声相互作用。 　　6、三阶非谐声子寿命。 　　7、红外和Raman交叉部分。 　　8、EPR和NMR化学位移。 　　三、从头分子动力学： 　　1、Car-Parrinello分子动力学。 　　2、Born-Oppenheimer分子动力学。 　　四、结构优化： 　　1、使用准牛顿BFGS条件的GDIIS。 　　2、阻尼动力学。 　　3、离子共轭梯度最小化。 　　4、投影速度Verlet算法。 　　5、过渡态和能量最小化。 　　6、Born-Oppenheimer NEB。 　　7、Born-Oppenheimer弦动力学。   　　OpenFOAM：计算流体力学(CFD)软件包 　　官方主页：http://www.openfoam.org 　　简介 　　OpenFOAM的前身为FOAM(Field Operation and Manipulation的简写)，后来作为开源代码公布到网上，任何人都可以自由下载和传播她的源代码。OpenFOAM是一个完全由C++编写的面向对象的CFD类库，采用类似于我们日常习惯的方法在软件中描述偏微分方程的有限体积离散化，支持多面体网格(比如CD-adapco公司推出的CCM+生成的多面体网格)，因而可以处理复杂的几何外形，支持大型并行计算，等。 　　OpenFOAM(Open Fi e ld Ope r a t i on andManipulation的简称)软件可以模拟复杂流体流动、化学反应、湍流流动、换热分析等现象，还可以进行结构动力学分析、电磁场分析以及金融评估等。该软件由OpenCFD公司开发维护，在GNU General Public License许可下可以自由下载和发布。 　　OpenFOAM软件的核心技术为一系列的高效C++模块数据包，利用这些数据包可以构造出一系列有效的求解器、辅助工具和库文件，用来模拟特定的工程机械问题和进行前后处理，包括数据处理、图形显示、网格处理、物理模型和求解器接口等。 　　OpenFOAM提供了许多预编译好的求解器、辅助工具和模型库等，可以模拟一系列复杂问题。同时它也是一款开源软件，用户可以扩展软件本身的功能和处理能力。该软件开源化不仅仅在于其程序代码对外公开，而且其软件程序结构和软件架构设计也开源化。因此用户可以最大程度地拓展程序以实现用户自定义功能。 　　OpenFOAM是一个完全由C++编写的面向对象的CFD类库，采用类似于我们日常习惯的方法在软件中描述偏微分方程，采用有限体积法对偏微分方程进行求解。软件支持三维任意多面体网格(比如CDadapco公司推出的CCM+生成的多面体网格)，因而可以处理复杂的几何外形，支持区域分解并行计算等。 　　软件架构 　　OpenFOAM软件首先是一个C++库文件包，它包含许多可执行文件(也称为应用程序包)。从文件组织结构来说这些应用程序大体可以分为两大类：求解器和辅助工具。求解器用来求解连续介质力学中的某个特定问题，而辅助工具主要用来进行数据操作、辅助求解器完成计算任务。从程序实现功能的角度来看，OpenFOAM软件同众多商业CFD软件一样，包括核心求解器、前处理和后处理三大模块。具体组成如下：而从程序开发的角度来看，OpenFOAM软件主要基于以下几个主要的类及其相互之间的作用。 　　1、 Primitive与Container----基础类及容器类 　　2、 描述空间及时间的类 　　3、 张量的数学运算类 　　4、 Field、Dimension Set、Boundary Conditon和 　　5、 Geometric Field---场、量纲、边界条件及几何场