LMFD格子多相流体力学仿真机：超级计算如何实现平民化？

多相流体力学仿真一直是工业设计与优化的核心环节。然而，传统仿真依赖高性能超级计算机，不仅硬件投入高昂，且计算资源占用巨大，导致中小企业难以承受。为解决这一行业痛点，LMFD格子多相流体力学仿真机正式推出，首次将消费级硬件性能提升至超级计算机级别，开创了多相流仿真的“高性能普惠”新时代。

 

核心优势：软硬协同重塑仿真边界

LMFD软件基于介科学理论，通过多相复杂系统的多尺度建模与高效算法，实现了从微观颗粒到宏观设备的跨尺度耦合仿真。LMFD仿真机的竞争力在于其独特的软硬件协同设计理念，通过深度融合CFD算法与高性能硬件架构，实现了“小身材大能量”的技术突破。

LMFD仿真机其核心优势包括：

• 国际领先的介观流动模拟理论体系：区别于传统CFD依赖的纳维-斯托克斯方程宏观建模，其采用的格子玻尔兹曼方法基于介观尺度描述流体运动，通过离散粒子分布函数的演化方程，天然适用于多相流、复杂边界及多尺度耦合问题。

• 软硬件一体化的工业级解决方案：联想高性能游戏笔记本的定制化改造，是LMFD仿真机实现 “超级计算平民化” 的关键支点。利用搭载消费级RTX 4090显卡的游戏笔记本进行百万颗粒流化床模拟，在计算时间和硬件成本上实现了显著的降低，例如，在百万颗粒流化床模拟中，LMFD2.0使用1.5小时的GPU计算达到了使用Fluent软件3个月CPU计算的同等水平。

• 高精度求解与实时交互：平台整合 “前处理 - 求解器 - 后处理” 全流程功能，适用于处理包括单相流、气液两相、气固两相以及气液固三相等复杂多相流问题；支持多相流模型快速构建、高精度求解与可视化分析；支持仿真过程中数据的实时更新与可视化同步，显著提升工程应用的效率。

行业应用：多领域复杂流场问题的精准求解方案

1、化工冶金

在化工冶金领域，LMFD 仿真机可成为流态化工程的“数字引擎”。针对循环流化床锅炉，其可精确模拟不同风速、粒径下的颗粒团聚与分布规律，指导内构件优化设计；在高炉炼铁过程中，通过耦合煤气流动与炉料运动模型，实现了炉内气固两相流场的三维可视化，为布料制度优化提供关键数据支撑。

循环流化床气固两相流模拟（左）； 高炉炉内煤气分布模拟（右）

2、生物医药

生物医药领域，基于多孔介质微球捕集气溶胶病毒颗粒的模拟，LMFD 可量化分析孔径分布、表面电荷对捕集效率的影响，助力口罩滤材与生物反应器滤芯的精准设计；在鼻腔吸入给药系统研发中，通过模拟气溶胶颗粒在呼吸道内的沉积轨迹，优化吸入装置的气流通道，使药物肺部沉积率显著提升。

多孔介质微球捕集气溶胶病毒颗粒

3、航空航天

航空航天领域，LMFD 仿真机在机翼转捩与压气机流动分析中展现独特优势。针对某型机翼，其成功捕捉到临界雷诺数下的层流分离泡演化过程，为防转捩涂层设计提供关键参数；在三维压气机流道模拟中，精确解析叶顶间隙泄漏涡与主流的相互作用，帮助设计团队将压气机效率提升，降低噪声。

翼型边界层分离及传热

4、能源装备

能源装备领域，在水煤浆气化炉仿真中，软件实现了高浓度颗粒流与气化反应的耦合计算，指导粒径配比优化，使碳转化率有效提升；在洋流湍流模拟与潮汐能装置设计中，通过大规模涡解析方法，量化分析海洋流场对设备的载荷影响，助力我国深远海能源开发装备的可靠性提升。

洋流湍流模拟

 LMFD格子多相流体力学仿真机是由中国科学院过程工程研究所与联想联合开发，依托计算多相流基础理论研究与自主CFD软件的开发优势，与消费级显卡硬件技术及工程化经验形成了深度互补。通过创新性的软硬件协同开发模式，推动了大规模流体力学仿真技术设备限制的突破，应用于游戏笔记本等消费级硬件平台，为工业仿真领域开辟了高性价比的技术路径。

 中国科学院过程工程研究所是积鼎科技的战略合作伙伴。2023年，积鼎科技与中科院过程所介科学研究部达成深度合作，将携手共建“复杂多相系统数字孪生实验室”，将在复杂多相过程工程数字孪生领域深入合作，探索多相系统多尺度模拟技术创新，推动前沿技术转化及应用。