在工程模擬技術(shù)的前沿領(lǐng)域，積鼎科技憑借對市場趨勢的敏銳洞察和對技術(shù)創(chuàng)新的不懈追求，從專注CFD 軟件逐步拓展到 DEM 軟件領(lǐng)域，實現(xiàn)了兩種技術(shù)的有機融合與互補。這一戰(zhàn)略布局不僅順應(yīng)了行業(yè)發(fā)展需求，更為解決復(fù)雜工程問題提供了更強大的工具。

一、CFD 與 DEM 概念解析及適用領(lǐng)域

CFD 作為計算流體動力學(xué)的核心技術(shù)，通過離散化求解納維 - 斯托克斯方程，在模擬流體流動、傳熱及化學(xué)反應(yīng)等方面表現(xiàn)卓越。在航空航天領(lǐng)域，CFD 能夠精準(zhǔn)模擬飛行器周圍的氣流，助力優(yōu)化外形設(shè)計，降低空氣阻力，提升飛行性能；在汽車工業(yè)中，它可以模擬發(fā)動機內(nèi)的燃燒過程，提高燃油效率。然而，CFD 并非萬能，尤其在處理顆粒體系時存在明顯短板。當(dāng)面對高濃度顆粒 - 流體兩相流，如礦石研磨、氣力輸送等場景，CFD 將顆粒相視為連續(xù)介質(zhì)的簡化處理方式，難以捕捉顆粒間復(fù)雜的相互作用，對顆粒運動軌跡和碰撞行為的模擬精度大打折扣。而且，對于復(fù)雜形狀和特殊性質(zhì)的顆粒，CFD 在網(wǎng)格生成和特性考慮上困難重重，容易引入數(shù)值誤差。

與CFD 不同，DEM 專注于顆粒材料行為模擬。它把每個顆粒當(dāng)作離散個體，跟蹤其位置、速度和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過一系列力定律模擬顆粒間的相互作用。在建筑行業(yè)的混凝土攪拌過程模擬中，DEM 能精確考慮水泥顆粒與骨料的形狀、性質(zhì)差異，優(yōu)化攪拌工藝，提升混凝土質(zhì)量；在糧倉谷物存儲模擬里，它可預(yù)測谷物堆積形狀和密度分布，保障存儲穩(wěn)定高效。DEM 在處理復(fù)雜顆粒特性和相互作用方面的獨特優(yōu)勢，恰好彌補了 CFD 的不足。

二、DEM 的獨特優(yōu)勢

（一）精確描述顆粒個體行為

DEM 最大的優(yōu)勢之一在于能夠精確描述每個顆粒的個體行為。它可以詳細(xì)跟蹤每個顆粒的位置、速度和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)隨時間的變化。在模擬顆粒流動過程時，DEM 能夠清晰展現(xiàn)顆粒的運動軌跡，以及顆粒之間的碰撞、摩擦和堆積等現(xiàn)象。以糧倉中谷物顆粒的存儲為例，DEM 可以模擬谷物在倉內(nèi)的填充過程，預(yù)測谷物堆積的形狀和密度分布，幫助優(yōu)化糧倉的設(shè)計，確保存儲的穩(wěn)定性和高效性。這種對顆粒個體行為的精確模擬，是 CFD 難以企及的。

（二）處理復(fù)雜顆粒特性和相互作用

DEM 能夠輕松應(yīng)對復(fù)雜形狀和具有特殊性質(zhì)的顆粒。通過定義合適的顆粒形狀模型和相互作用參數(shù)，DEM 可以準(zhǔn)確模擬不同形狀顆粒的運動和相互作用。對于具有粘性的顆粒，DEM 可以設(shè)置相應(yīng)的粘性力模型，模擬顆粒之間因粘性而產(chǎn)生的團聚現(xiàn)象。如在建筑行業(yè)的混凝土攪拌過程模擬中，DEM 能夠考慮到水泥顆粒、骨料等不同形狀和性質(zhì)的顆粒之間的相互作用，優(yōu)化攪拌工藝，提高混凝土的質(zhì)量。此外，DEM 還能模擬顆粒與固體壁面之間復(fù)雜的相互作用，為設(shè)備的磨損分析提供依據(jù)。

三、DEM軟件的實際應(yīng)用場景

（一）化工行業(yè)：流化床反應(yīng)器的模擬

在化工生產(chǎn)的流化床反應(yīng)器內(nèi)，氣固兩相的流動與反應(yīng)過程極為復(fù)雜。CFD 可以模擬流體在反應(yīng)器內(nèi)的整體流動模式，分析反應(yīng)器內(nèi)的溫度和濃度分布，對于優(yōu)化反應(yīng)器的宏觀性能有一定幫助。然而，對于反應(yīng)器內(nèi)催化劑顆粒的運動和分布情況，CFD 的模擬結(jié)果不夠精確。催化劑顆粒在氣流作用下的流化狀態(tài)，直接影響著反應(yīng)效率和催化劑的使用壽命。

DEM 可以詳細(xì)模擬催化劑顆粒在氣流中的運動軌跡、顆粒間的碰撞與摩擦，以及顆粒與反應(yīng)器壁面的相互作用，預(yù)測顆粒的磨損情況以及顆粒與流體之間的傳熱傳質(zhì)效率。通過 DEM 模擬，能夠為流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和操作參數(shù)優(yōu)化提供更準(zhǔn)確的依據(jù)，提高反應(yīng)器的運行穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

基于離散模擬軟件DEMms的氣固流化床設(shè)計優(yōu)化模擬

（二）冶金行業(yè)：高爐煉鐵過程分析

在冶金行業(yè)的高爐煉鐵過程中，涉及到爐料（鐵礦石、焦炭等顆粒）與高溫氣流的相互作用。CFD 可以對高爐內(nèi)的氣流分布、溫度場進行模擬，幫助工程師了解高爐內(nèi)的宏觀熱工狀態(tài)。但高爐內(nèi)爐料顆粒的運動、堆積和還原反應(yīng)過程十分復(fù)雜，CFD 難以精確描述。

DEM 能夠?qū)t料顆粒視為離散個體，考慮顆粒的大小、形狀、密度以及顆粒間的摩擦力、碰撞力，還有高溫下顆粒的物理化學(xué)變化。通過 DEM 模擬，可以清晰展現(xiàn)爐料顆粒在高爐內(nèi)的下降過程、分布情況，以及顆粒與氣流的相互作用對還原反應(yīng)的影響，為優(yōu)化高爐布料制度、提高鐵水質(zhì)量和產(chǎn)量提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

基于離散模擬軟件DEMms的高爐爐頂布料模擬

（三）制藥行業(yè)：藥物顆?；旌吓c制劑工藝

在制藥行業(yè)中，藥物顆粒的混合均勻度直接影響藥品質(zhì)量。CFD 在模擬藥物顆粒混合過程中，通常將顆粒相簡化處理，難以準(zhǔn)確反映顆粒間復(fù)雜的相互作用。

而DEM 可以針對不同形狀、大小和性質(zhì)的藥物顆粒，設(shè)定精確的相互作用參數(shù)。在模擬藥物顆粒在混合器中的混合過程時，DEM 能夠詳細(xì)跟蹤每個顆粒的運動軌跡，分析顆粒的團聚與分散行為，預(yù)測混合時間和混合效果。此外，在制劑工藝中，如壓片過程中顆粒的壓實和成型，DEM 也能模擬顆粒在壓力作用下的變形、位移和相互作用，幫助優(yōu)化制劑工藝參數(shù)，確保藥品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

基于離散模擬軟件DEMms的藥物膠囊顆粒模擬

四、CFD 與 DEM 的耦合趨勢

CFD 和 DEM 各有特點和優(yōu)勢，在一些復(fù)雜的多相流問題中，單獨使用 CFD 或 DEM 都無法全面準(zhǔn)確地描述整個系統(tǒng)的行為。

CFD 與 DEM 的耦合趨勢為積鼎科技的軟件發(fā)展指明了新方向。如在氣力輸送系統(tǒng)模擬中，通過耦合，CFD 計算的流體參數(shù)傳遞給 DEM 計算顆粒受力，DEM 計算的顆粒反作用力反饋給 CFD，實現(xiàn)對氣體流動和顆粒輸送過程的全面準(zhǔn)確模擬，深入理解系統(tǒng)工作機制，為系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供更全面的依據(jù)。

積鼎科技從CFD 延展到 DEM 軟件，是技術(shù)創(chuàng)新與市場需求驅(qū)動的必然選擇。這兩種軟件相互補充，在多行業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮了巨大價值，為解決復(fù)雜工程問題提供了更完善的方案。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，積鼎科技有望在 CFD 與 DEM 的融合應(yīng)用上持續(xù)創(chuàng)新，為更多行業(yè)的發(fā)展注入新動力。

離散元多尺度自主模擬軟件DEMms

可處理非球形和變形等復(fù)雜顆粒，以及多相傳遞反應(yīng)耦合等復(fù)雜過程

可實現(xiàn)萬核以上大規(guī)模異構(gòu)并行計算，計算顆粒數(shù)可超十億級，對應(yīng)的物理顆粒數(shù)超萬億級

計算規(guī)模與并行效率顯著高于同類型主流商業(yè)軟件，具備長時間或準(zhǔn)實時模擬多相流工業(yè)設(shè)備的能力

投入工程應(yīng)用十余年，完成工業(yè)級項目近100項

審核編輯 黃宇