EMMS課題組成立於上世紀80年代，三十年來一直致力於多相複雜系統的多尺度方法及其在過程工程中的套用研究。課題組以介尺度模型為核心，針對氣固系統建立了獨特的極值型多尺度方法—能量最小多尺度（EMMS ）模型，並與計算流體力學（CFD）結合，發展形成了多尺度CFD方法。與此同時，為驗證EMMS模型的正確性，課題組提出了物理離散的擬顆粒模擬方法（Pseudo-Particle Modeling, PPM），以深入研究多相系統的底層機理。最終採用PPM驗證了EMMS模型中的穩定性條件並初步確定了其適用範圍。拓展EMMS模型的思想並套用於氣液、顆粒流、乳液等系統中，逐步建立了對複雜系統具有一定普適性的極值型多尺度（Multi-Objective Variational, MOV）方法，並在多尺度模擬方面形成了以問題、模型、軟體和硬體結構一致為特徵的EMMS範式（EMMS Paradigm）。套用該範式，在解決工業界實際問題的同時，發展了多尺度並行計算的軟體和硬體，預示了實現虛擬過程工程（Virtual Process Engineering, VPE）的希望。在此過程中，課題組認識到多尺度結構的核心在於介尺度，並基於其重要性和普遍性，將介尺度科學（MESO-Science）確立為未來基礎研究的核心[8][9]，而將虛擬過程工程作為套用研究的目標。
基本介紹
- 中文名：EMMS課題組
- 成立時間：上世紀80年代
- 研究領域：氣固兩相流、顆粒流、單相湍流
- 成績：GPU超級計算系統Mole-8.5
研究方向,研究進展,
研究方向
課題組的研究領域包括：氣固兩相流、顆粒流、單相湍流、氣液/氣液固系統、材料、高分子與生物體系、多孔介質和滲流，及這些體系與傳遞和反應過程的耦合。課題組以國家重大需求為導向，以複雜系統中普遍存在的介尺度問題為核心，重點開展如下幾方面的工作：
- 過程工業中複雜系統的介尺度機理與建模方法研究：重點是多尺度結構的表征、自組織、突變和臨界現象的控制機制，系統穩定性條件的發現與表述，多尺度CFD方法，及以介尺度為核心的跨尺度關聯模型。
- 介尺度模擬方法與基礎算法的研究：包括各種離散粒子方法的改進與集成，以及新方法的提出和建立，基於介尺度結構的連續介質模型的建立與完善，複雜系統最佳化算法的改進，上述方法的高效大規模並行計算與耦合方法，並行可視化及其與計算的耦合。
- 多尺度模擬軟硬體平台的開發：按照EMMS 範式建立面向多尺度模擬的高效軟體系統及相應的硬體系統，重點是針對離散、連續模擬及多目標最佳化特點的新型計算單元設計，以及相關存儲/計算/通信模組的協調與最佳化。
- 模擬數據獲取與結果驗證系統的研究與開發：包括PIV、CT/ECT/ERT等測量技術的改進與集成，通過測量-計算-存儲-顯示-控制等系統的耦合，實現原位、實時、大視場、無干擾的高精度高解析度測量。
- 介尺度科學與模型在材料和生物領域的套用：揭示材料介尺度結構的動態生成過程及其調控機制，發展介尺度結構的新型調控手段，突破材料傳統製備方法，實現材料的定向可控合成；在生物大分子領域，研究生物體內蛋白質結構的變化及其控制因素，探索與蛋白質結構變化相關疾病的致病機理及其治療途徑；將蛋白質結構調控與材料製備技術相結合，設計並開發以功能為導向的新型生物材料。
研究進展
近幾年，課題組主要成績包括：
- 2010年4月：課題組根據EMMS範式成功研製出首套面向多尺度模擬的GPU超級計算系統Mole-8.5。該系統雙精度峰值1100萬億次，列2011年11月Top500第21位，Green 500第9位，目前是全球峰值超過1000萬億次的最節能的超算系統之一。
- 2011年10月：課題組在國際上首次建成了“虛擬過程工程”平台－VPE 1.0。該平台包括實驗與測量子系統、控制與數據採集子系統、高性能計運算元系統，以及可視化子系統四個部分。基於EMMS範式先整體、後局部、再細節的計算策略，採用CPU+GPU的多尺度高性能計算設備，實現了物理與虛擬裝置的同步數位化運行控制，以及多相複雜流動結構的三維準實時的高精度測量與顯示。
- 目前：課題組正通過與過程研發單位或企業的合作，在過程工業的工藝設計、過程放大和運行控制中深入套用模擬技術。國內外9家世界500強企業已經與課題組建立了穩定的合作關係，覆蓋了石油化工、石油勘探開採、煤炭、冶金和能源等廣泛領域。
