多相流體力學(xué)仿真一直是工業(yè)設(shè)計與優(yōu)化的核心環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)仿真依賴高性能超級計算機(jī)，不僅硬件投入高昂，且計算資源占用巨大，導(dǎo)致中小企業(yè)難以承受。為解決這一行業(yè)痛點，LMFD格子多相流體力學(xué)仿真機(jī)正式推出，首次將消費級硬件性能提升至超級計算機(jī)級別，開創(chuàng)了多相流仿真的“高性能普惠”新時代。

核心優(yōu)勢：軟硬協(xié)同重塑仿真邊界

LMFD軟件基于介科學(xué)理論，通過多相復(fù)雜系統(tǒng)的多尺度建模與高效算法，實現(xiàn)了從微觀顆粒到宏觀設(shè)備的跨尺度耦合仿真。LMFD仿真機(jī)的競爭力在于其獨特的軟硬件協(xié)同設(shè)計理念，通過深度融合CFD算法與高性能硬件架構(gòu)，實現(xiàn)了“小身材大能量”的技術(shù)突破。

LMFD仿真機(jī)其核心優(yōu)勢包括：

國際領(lǐng)先的介觀流動模擬理論體系：區(qū)別于傳統(tǒng)CFD依賴的納維-斯托克斯方程宏觀建模，其采用的格子玻爾茲曼方法基于介觀尺度描述流體運動，通過離散粒子分布函數(shù)的演化方程，天然適用于多相流、復(fù)雜邊界及多尺度耦合問題。

軟硬件一體化的工業(yè)級解決方案：聯(lián)想高性能游戲筆記本的定制化改造，是LMFD仿真機(jī)實現(xiàn) “超級計算平民化” 的關(guān)鍵支點。利用搭載消費級RTX 4090顯卡的游戲筆記本進(jìn)行百萬顆粒流化床模擬，在計算時間和硬件成本上實現(xiàn)了顯著的降低，例如，在百萬顆粒流化床模擬中，LMFD2.0使用1.5小時的GPU計算達(dá)到了使用Fluent軟件3個月CPU計算的同等水平。

高精度求解與實時交互：平臺整合 “前處理 - 求解器 - 后處理” 全流程功能，適用于處理包括單相流、氣液兩相、氣固兩相以及氣液固三相等復(fù)雜多相流問題；支持多相流模型快速構(gòu)建、高精度求解與可視化分析；支持仿真過程中數(shù)據(jù)的實時更新與可視化同步，顯著提升工程應(yīng)用的效率。

行業(yè)應(yīng)用：多領(lǐng)域復(fù)雜流場問題的精準(zhǔn)求解方案

1、化工冶金

在化工冶金領(lǐng)域，LMFD 仿真機(jī)可成為流態(tài)化工程的“數(shù)字引擎”。針對循環(huán)流化床鍋爐，其可精確模擬不同風(fēng)速、粒徑下的顆粒團(tuán)聚與分布規(guī)律，指導(dǎo)內(nèi)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計；在高爐煉鐵過程中，通過耦合煤氣流動與爐料運動模型，實現(xiàn)了爐內(nèi)氣固兩相流場的三維可視化，為布料制度優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

循環(huán)流化床氣固兩相流模擬（左）； 高爐爐內(nèi)煤氣分布模擬（右）

2、生物醫(yī)藥

生物醫(yī)藥領(lǐng)域，基于多孔介質(zhì)微球捕集氣溶膠病毒顆粒的模擬，LMFD 可量化分析孔徑分布、表面電荷對捕集效率的影響，助力口罩濾材與生物反應(yīng)器濾芯的精準(zhǔn)設(shè)計；在鼻腔吸入給藥系統(tǒng)研發(fā)中，通過模擬氣溶膠顆粒在呼吸道內(nèi)的沉積軌跡，優(yōu)化吸入裝置的氣流通道，使藥物肺部沉積率顯著提升。

多孔介質(zhì)微球捕集氣溶膠病毒顆粒

3、航空航天

航空航天領(lǐng)域，LMFD 仿真機(jī)在機(jī)翼轉(zhuǎn)捩與壓氣機(jī)流動分析中展現(xiàn)獨特優(yōu)勢。針對某型機(jī)翼，其成功捕捉到臨界雷諾數(shù)下的層流分離泡演化過程，為防轉(zhuǎn)捩涂層設(shè)計提供關(guān)鍵參數(shù)；在三維壓氣機(jī)流道模擬中，精確解析葉頂間隙泄漏渦與主流的相互作用，幫助設(shè)計團(tuán)隊將壓氣機(jī)效率提升，降低噪聲。

翼型邊界層分離及傳熱

4、能源裝備

能源裝備領(lǐng)域，在水煤漿氣化爐仿真中，軟件實現(xiàn)了高濃度顆粒流與氣化反應(yīng)的耦合計算，指導(dǎo)粒徑配比優(yōu)化，使碳轉(zhuǎn)化率有效提升；在洋流湍流模擬與潮汐能裝置設(shè)計中，通過大規(guī)模渦解析方法，量化分析海洋流場對設(shè)備的載荷影響，助力我國深遠(yuǎn)海能源開發(fā)裝備的可靠性提升。

洋流湍流模擬

LMFD格子多相流體力學(xué)仿真機(jī)是由中國科學(xué)院過程工程研究所與聯(lián)想聯(lián)合開發(fā)，依托計算多相流基礎(chǔ)理論研究與自主CFD軟件的開發(fā)優(yōu)勢，與消費級顯卡硬件技術(shù)及工程化經(jīng)驗形成了深度互補(bǔ)。通過創(chuàng)新性的軟硬件協(xié)同開發(fā)模式，推動了大規(guī)模流體力學(xué)仿真技術(shù)設(shè)備限制的突破，應(yīng)用于游戲筆記本等消費級硬件平臺，為工業(yè)仿真領(lǐng)域開辟了高性價比的技術(shù)路徑。

中國科學(xué)院過程工程研究所是積鼎科技的戰(zhàn)略合作伙伴。2023年，積鼎科技與中科院過程所介科學(xué)研究部達(dá)成深度合作，將攜手共建“復(fù)雜多相系統(tǒng)數(shù)字孿生實驗室”，將在復(fù)雜多相過程工程數(shù)字孿生領(lǐng)域深入合作，探索多相系統(tǒng)多尺度模擬技術(shù)創(chuàng)新，推動前沿技術(shù)轉(zhuǎn)化及應(yīng)用。

審核編輯 黃宇