顆粒是除了水之外，人類使用最多的材料類型，有超過70%的工業品和中間產品都是顆粒材料，因此，研究顆粒的性質對工業生產的意義重大。

“在不同條件下，如何優化顆粒大小分布來獲得最大堆積密度？”——這是一個粉體工業生產中的常見問題。但對于這個答案，很多時候卻需要“經驗”才能知道如何實操。

如今粉體產業正堅定朝精細化方向發展，對于粉體的堆積密度、流動性等諸多性質的要求也越發嚴格，為了得到性能更好的產品，不計其數的研究人員一直致力于對其工業過程進行優化。其中，來自顆粒系統和過程工程領域的頂尖科學家余艾冰先生認為，若能充分理解顆粒系統的性質、并能評估和操控顆粒行為，對其進行改進，就能極大地優化工業過程，帶來巨大的經濟效益。

對于如何深入了解顆粒系統性質，余艾冰先生有許多自己獨到的見解，其中最關鍵的就是要借助計算系統進行研究。關于計算系統到底如何助力顆粒系統研究，余艾冰先生在與《國家科學評論》的專訪中說得非常清晰且具體，讓小編受益頗深。

如何研究？

在材料科學中，建模方法是被使用得相當多的一種研究手段。針對顆粒系統的關鍵建模方法，余艾冰先生提到兩類：宏觀層面的連續介質法和微觀層面的離散法。根據研究需要，應采用不同的數值方法來評估不同時間和長度尺度下的顆粒行為。

但顆粒系統建模絕非易事，余艾冰先生也坦言中途遇到過很多挑戰，但多年的研究依舊帶來了喜人的進展。余艾冰及他的團隊在多年研究后，成功建立了預測孔隙率（孔隙率=1-堆積密度）的數學模型，可根據顆粒的尺寸和球形度的分布函數來預測它的堆積。于是文章開頭的關于如何獲得最大堆積密度的問題就這樣被迎刃而解了。

當《國家科學評論》記者問及余艾冰先生，仿真與模擬是否能用來設計和控制實際顆粒系統，以及是否有成功的例子時，余艾冰先生答道：“利用計算方法進行工業設計的成功案例已經不少。事實上，我的研究團隊一直從事這類工作。我們的數學模型——無論由連續法或/和離散方法建立起來的—— 能描述煉鐵高爐中復雜的流動、傳熱和傳質，以及重介質旋流器中的多相流。仿真與模擬可以幫助復雜工業過程的設計和控制，并且為生產帶來了巨大效益。”

余艾冰：1963年出生于廣東開平，顆粒科學與技術、過程工程專家，澳大利亞技術科學與工程院院士、澳大利亞科學院院士、中國工程院外籍院士，澳大利亞莫納什大學教授、副校長。余艾冰的研究內容為顆粒科學與技術和過程工程，主要包括顆粒填充、顆粒及多相流、以及計算機模擬與仿真。

資料來源：知識分子

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