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积鼎多尺度离散模拟软件DEMms

积鼎国产自主化DEMms软件,由中科院过程所自主开发,投入工程应用十余年,完成工业级项目近百项;可处理非球形和变形等复杂颗粒,以及多相传递反应耦合等复杂过程;可实现万核以上大规模异构并行计算,计算颗粒数可超十亿级,对应的物理颗粒数超万亿级。
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icon颗粒体系广泛存在icon

超过50%的工业产品为颗粒类物质,但现有宏观模型预测精度不高→离散模拟。

 

 

icon工业尺度颗粒体系模拟的挑战icon
 
反应器模拟需求

催化剂行为
· 粒径分布
· 停留时间
长时间过程
· 积碳
· 结焦
· 磨损
icon多尺度异构计算的机遇与挑战icon

 

icon离散元方法icon

离散元方法(Discrete Element Method,简称 DEM)

1971年,由Cundall博士提出了离散元方法,用于拟非连续介质动力力学及相关行为的数值计算方法
· Lagrange体系下的求解牛顿第二定律
· 对体系内每个离散单元进行动力学模拟。

 
研究对象:煤炭、矿石、土壤、岩石、骨料、药片、粉末等等 符合散体物料特性的介质。
icon国产自主化DEMms软件icon

开发:由中科院过程所自主开发,投入工程应用十余年,完成工业级项目近百项。

功能:可处理非球形和变形等复杂颗粒,以及多相传递反应耦合等复杂过程。

性能:可实现万核以上大规模异构并行计算,计算颗粒数可超十亿级,对应的物理颗粒数超万亿级。

优势:计算规模与并行效率显著高于同类型主流商业软件,具备长时间或准实时模拟多相流工业设备的能力。

 

 

icon软件优势icon

 

 

icon非规则颗粒处理icon

 

 

 

icon基于介尺度结构的粗粒化icon

在保证模拟精度的同时极大地减小计算量

 

 

 

 

icon粗粒化精度验证icon

 

 

icon宽粒径分布icon

内存使用量降低一个量级,计算速度提高30%

 

 

 

icon多相流计算icon

 

 
DEMms作为固相求解器
与其他方法、软件耦合计算气固、液固、气液固体系
· 颗粒轨道法(DPM)
· 有限体积法(FVM)
· 格子玻尔兹曼法(LBM)
· 浸入边界法(IBM)
· Fluent
· OpenFOAM
icon基于正交规则网格的流体求解优化icon

 

 

 

icon多相系统多过程耦合icon

 

 

 

icon基于异构超算的多尺度模拟icon

EMMS范式:模型、算法和计算硬件逻辑和结构的一致性提高精度和效率。

 

 

 

icon基于设备结构的贴体并行算法icon

 

 

icon基于颗粒分布的异构计算icon

问题
原因:通信<<计算
结果:异构硬件通信损耗大。
方案
颗粒:通常为内多外少的分布
思路:内部颗粒计算掩盖外部颗粒通信。
效果
可以达到通信带宽理论峰值;
整体计算速度提高15%以上。

 

 

icon动态负载均衡方法icon

综合考虑颗粒与流体分布的负载均衡
动态负载均衡性能提升

 

icon中科院过程所联合实验室icon
 
复杂多相系统数字孪生实验室
·上海积鼎信息科技有限公司与中国科学院过程工程研究所介科学研究部共建“复杂多相系统数字孪生实验室。
· 联合实验室致力于面向国家重大需求,针对复杂多相流体系统、复杂颗粒系统模拟及仿真,基于自主化介科学多尺度模拟工业软件,结合产业需求和研究成果,共同助推科技创新及产业发展。

 

icon应用实例 - 制药胶囊模拟icon

 

 

 

icon应用实例 - 制药药粉混合icon
 
传统Tote 混合器
由料箱与料斗两部分组成;
广泛应用于制药行业。
 
缺点:轴向混合较弱

 

 

icon应用实例 - 烟丝气力输送icon

 

 

 

icon应用实例 - 滚筒搅混器优化icon

 

 

 

icon冶金竖炉显热回收icon

 

 

 

icon固定床反应器icon

 

 

 

 

icon基于催化剂形状调控床层结构icon

 

 

 

icon化工各级DMTO反应器颗粒尺度模拟icon

 

 

 

 

iconDMTO反应器积碳全过程模拟icon

 

 

 

 

icon宽筛分颗粒反应器结构优化和放大icon

 

 

 

icon化工搅拌釜系统icon

 

 

 

 

icon旋风分离气液固三相系统icon

 

 

 

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