在離散元模擬領(lǐng)域，"顆粒數(shù)量" 始終是橫亙在精度與效率之間的兩難命題。從工業(yè)生產(chǎn)中的礦石破碎、藥物混合，到自然界的泥石流運(yùn)動(dòng)、土壤侵蝕，真實(shí)場景中的顆粒系統(tǒng)往往涉及億級(jí)甚至萬億級(jí)顆粒相互作用，而傳統(tǒng)模擬工具卻長期困于三大核心痛點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)建模。

顆粒模擬的行業(yè)痛點(diǎn)：從 "簡化妥協(xié)" 到 "失真風(fēng)險(xiǎn)"
工業(yè)級(jí)顆粒系統(tǒng)模擬面臨的首要挑戰(zhàn)，是計(jì)算規(guī)模與物理真實(shí)性的矛盾。例如在礦業(yè)磨礦過程中，球磨機(jī)內(nèi)鋼球與礦石的碰撞、研磨涉及數(shù)十億顆粒的動(dòng)態(tài)作用，傳統(tǒng)軟件因算力限制只能采用 "粗化模型"，導(dǎo)致研磨效率、能耗預(yù)測出現(xiàn)大幅度偏差。

其次是多尺度耦合的計(jì)算壁壘。以制藥行業(yè)的流化床制粒為例，傳統(tǒng)軟件因顆粒數(shù)量超限導(dǎo)致計(jì)算效率極低，或因忽略流固多尺度耦合相互作用導(dǎo)致產(chǎn)品顆粒行為模擬失真，拖累新藥研發(fā)周期。

以及工程決策的時(shí)效困境。如大型化工企業(yè)曾嘗試用傳統(tǒng)軟件模擬萬噸級(jí)料倉的卸料過程，僅百萬級(jí)顆粒就需要 72 小時(shí)計(jì)算，且無法復(fù)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中的 "架橋" 堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致項(xiàng)目工期延誤近 3 個(gè)月。

這些痛點(diǎn)的核心在于傳統(tǒng)離散元軟件的并行架構(gòu)與算法設(shè)計(jì)已難以適配超大規(guī)模顆粒系統(tǒng)的計(jì)算需求，最終陷入 "算得準(zhǔn)的跑不動(dòng)，跑得動(dòng)的算不準(zhǔn)" 的僵局。

DEMms離散元模擬軟件：重構(gòu)大規(guī)模顆粒計(jì)算的技術(shù)底座
DEMms從架構(gòu)層面重構(gòu)了離散元模擬的技術(shù)范式，其核心突破在于異構(gòu)并行計(jì)算引擎與自適應(yīng)顆粒管理機(jī)制的深度融合。

在硬件層面，DEMms支持萬核級(jí) CPU+GPU 異構(gòu)集群部署，使用動(dòng)態(tài)區(qū)域分解在進(jìn)程之間重新分配計(jì)算負(fù)載即模擬對(duì)象，從而避免負(fù)載不平衡，使CFD-DEM計(jì)算效率提升3-5倍。更關(guān)鍵的是其獨(dú)創(chuàng)的 "區(qū)域-顆粒" 雙層通信協(xié)議，將跨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交互量減少 70% 以上，即便在十萬核規(guī)模下，通信延遲仍能控制在總耗時(shí)的15% 以內(nèi)。

 動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡（DLB）的運(yùn)行時(shí)間比較

針對(duì)顆粒尺度差異問題，DEMms開發(fā)了多精度混合求解器：對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的顆粒采用精細(xì)模型（如考慮表面黏聚力、非球形形態(tài)），對(duì)遠(yuǎn)場區(qū)域則自動(dòng)啟用粗化模型，在保證核心區(qū)域精度的同時(shí)，將整體計(jì)算量降低 40%-60%。某建材企業(yè)用其模擬混凝土攪拌過程時(shí)，既精確捕捉了毫米級(jí)骨料的分散軌跡，又高效計(jì)算了立方米級(jí)攪拌罐內(nèi)的宏觀流場，計(jì)算效率較傳統(tǒng)軟件提升 8 倍。

在工程實(shí)用性上，DEMms的動(dòng)態(tài)內(nèi)存優(yōu)化技術(shù)解決了超大規(guī)模計(jì)算的 "內(nèi)存爆炸" 難題。通過實(shí)時(shí)釋放無效顆粒數(shù)據(jù)、壓縮存儲(chǔ)非活躍區(qū)域信息，使其能在常規(guī)服務(wù)器集群上穩(wěn)定運(yùn)行萬億級(jí)物理顆粒的模擬任務(wù) —— 相當(dāng)于同時(shí)計(jì)算 300 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場大小的沙堆流動(dòng)，這一能力已在水利工程的潰壩模擬中得到驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果與物理模型試驗(yàn)的吻合度達(dá) 92%。

行業(yè)應(yīng)用：多領(lǐng)域深度賦能

化工行業(yè)：優(yōu)化反應(yīng)過程，提升質(zhì)量

在化工生產(chǎn)中，許多反應(yīng)過程都涉及到顆粒與流體的復(fù)雜相互作用。DEMms軟件能夠精確模擬這些過程，幫助工程師優(yōu)化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作條件。例如，在流化床反應(yīng)器中，催化劑顆粒與反應(yīng)氣體的接觸和反應(yīng)情況直接影響著反應(yīng)的效率和產(chǎn)物的質(zhì)量。通過 DEMms模擬，工程師可以深入了解顆粒和氣體在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)特性、混合效果以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而對(duì)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣方式等進(jìn)行優(yōu)化，提高反應(yīng)效率，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)提升產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

氣固流化床設(shè)計(jì)優(yōu)化模擬

礦業(yè)：提高開采與加工效率，降低能耗

在礦石開采環(huán)節(jié)，通過模擬爆破過程中巖石的破碎和運(yùn)動(dòng)，優(yōu)化爆破方案，提高礦石開采效率，減少資源浪費(fèi)。在礦石加工過程中，如破碎、磨礦、篩分等環(huán)節(jié)，DEMms可以模擬設(shè)備內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)和相互作用，優(yōu)化設(shè)備參數(shù)，提高加工效率，降低能耗。同時(shí)，DEMms還可以模擬礦石在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中的行為，為設(shè)計(jì)合理的運(yùn)輸系統(tǒng)和儲(chǔ)存設(shè)施提供依據(jù)，避免礦石的堵塞和損失。

燒結(jié)工藝鐵礦石分選優(yōu)化

醫(yī)藥：助力藥物研發(fā)與生產(chǎn)工藝優(yōu)化

在醫(yī)藥行業(yè)，藥物顆粒的制備、混合和成型等過程對(duì)藥物的質(zhì)量和療效有著重要影響。DEMms軟件可以模擬藥物顆粒在這些過程中的行為，幫助科研人員優(yōu)化藥物的配方和生產(chǎn)工藝。例如，在藥物顆粒的混合過程中，通過模擬不同混合設(shè)備和工藝條件下顆粒的混合效果，科研人員可以找到最佳的混合方案，確保藥物成分的均勻分布，提高藥物的質(zhì)量穩(wěn)定性。在藥物成型過程中，DEMms可以模擬顆粒的填充和壓實(shí)過程，優(yōu)化成型工藝，提高藥物的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

制藥藥粉混合

DEMms多尺度離散模擬軟件以其強(qiáng)大的大規(guī)模計(jì)算能力、先進(jìn)的技術(shù)原理和廣泛的行業(yè)應(yīng)用，成為了推動(dòng)眾多領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步的重要工具。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，DEMms有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。