Collaborative Proposal: SI2-SSE: An open source multi-physics platform to advance fundamental understanding of plasma physics and enable impactful application of plasma systems

合作提案:SI2-SSE:一个开源多物理平台,可促进对等离子体物理学的基本理解并实现等离子体系统的有效应用

基本信息

  • 批准号:
    1740310
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2019-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

As the world moves toward a more sustainable life cycle for vital resources, new techniques for the synthesis, modification, or remediation of materials will be needed.  Techniques that utilize plasma discharges will make significant contributions to a more sustainable nexus spanning food, water, and energy.  To advance the fundamental understanding of these plasma-based systems and how they interact with the materials that will drive this higher level of sustainability, the ability to simulate both the complex interactions within the plasma itself and the complex interaction of the plasma with surrounding materials is needed.  This project will provide a powerful simulation platform to the scientific community that will enable the study of plasma chemistry formation and plasma material interaction with a level of fidelity that is not currently available to researchers around the world.  The open-source framework for this platform will enable researchers from institutions around the world to contribute to the capabilities of this framework and advance the underlying science of these systems to move toward a more sustainable food, energy, and water nexus.To advance plasma-based technology that will enable greater sustainability in the future food, energy, and water nexus, there exists an overarching need for advances in simulation capability that address four unifying research challenges, 1.) Plasma Produced Selectivity in Reaction Mechanisms in the Volume and on Surfaces, 2.) Interfacial Plasma Phenomena, 3.) Multiscale, Non-Equilibrium Chemical Physics, and 4.) Synergy and Complexity in Plasmas.  This research effort will expand, deploy, and support a powerful open-source multi-physics platform that will enable advanced simulation in these unifying research areas.  A plasma science simulation application will be expanded to include complex multi-phase chemistries, multiple-domain simulation of the interface between plasmas and other material phases, and fully coupled electro-magnetic treatment of plasma systems that will link plasma formation mechanisms with underlying chemical and electrical multi-phase interactions.  Zapdos will be supported on the existing multi-physics Object Oriented Simulation Environment (MOOSE) and will leverage the existing support, verification, revision tracking, and training infrastructure and best known methods employed by both MOOSE and the 22 developed applications (including Zapdos) that currently reside on the MOOSE framework. This proposal will leverage collaboration not only between the two partnering universities, but with framework developers (Idaho National Laboratory), existing users (Oak Ridge National Laboratory), and the broader plasma community (APS Topical Meeting on Gaseous Electronics) to develop efficient development, deployment, support, and training of this impactful simulation tool.This project is supported by the Office of Advanced Cyberinfrastructure in the Directorate for Computer & Information Science & Engineering, the Physics Division and the Office of Multidisciplinary Activities in the Directorate of Mathematical and Physical Sciences, and the Division of Chemical, Bioengineering, Environmental, and Transport Systems in the Directorate of Engineering.
随着世界朝着更加可持续的重要资源生命周期发展,将需要用于材料合成、改性或修复的新技术,利用等离子体放电的技术将为食品、水和食品等领域的更可持续的关系做出重大贡献。为了促进对这些基于等离子体的系统以及它们如何与材料相互作用的基本理解,从而推动更高水平的可持续性,模拟等离子体本身内部的复杂相互作用以及等离子体与周围环境的复杂相互作用的能力。这个项目需要材料。将为科学界提供一个强大的模拟平台,使等离子体化学形成和等离子体材料相互作用的研究达到目前世界各地研究人员无法获得的保真度​该平台的开源框架将实现这一点。来自世界各地机构的研究人员为该框架的能力做出贡献,并推进这些系统的基础科学,以实现更可持续的粮食、能源和水关系。推进基于等离子体的技术,使未来实现更大的可持续性食物、能源和水之间存在着一种联系对模拟能力进步的总体需求是解决四个统一的研究挑战,1.) 等离子体在体积和表面反应机制中产生的选择性,2.) 界面等离子体现象,3.) 多尺度、非平衡化学物理,以及 4 .) 等离子体的协同作用和复杂性。这项研究工作将扩展、部署和支持一个强大的开源多物理平台,该平台将实现先进的技术。这些统一研究领域的模拟。等离子体科学模拟应用将扩展到包括复杂的多相化学、等离子体与其他材料相之间界面的多域模拟以及等离子体系统的完全耦合电磁处理将等离子体形成机制与基础化学和电多相相互作用联系起来 Zapdos 将在现有的多物理面向对象仿真环境 (MOOSE) 上得到支持,并将利用现有的支持、验证、修订跟踪和培训基础设施以及最佳技术。 MOOSE 和目前驻留在 MOOSE 框架上的 22 个开发的应用程序(包括 Zapdos)所采用的已知方法该提案不仅将利用两所合作大学之间的合作,而且将利用与框架开发商(爱达荷国家实验室)、现有用户(Oak)的合作。里奇国家实验室)和更广泛的等离子体界(APS 气体电子学主题会议)共同开发这一有影响力的模拟工具的高效开发、部署、支持和培训。该项目得到了美国先进网络基础设施办公室的支持计算机与信息科学与工程局、数学和物理科学局的物理司和多学科活动办公室,以及工程局的化学、生物工程、环境和运输系统司。

项目成果

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