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颗粒物质广泛存在于自然界与工业过程中，特别是化学工业中，约60％的产品是粉体。其中，颗粒的混合过程在众多工业生产中都是一个重要的单元操作，包括制药、食品、化肥、饲料、矿业、粉末冶金等，其混合效果直接影响着产品的质量，因此对颗粒流动和混合过程的研究具有重要的实际意义。GPU并行计算的实现为应用离散单元法从颗粒尺度对颗粒物质的流动和混合过程进行模拟，进而指导粉体工业过程的放大、设备的设计及过程的优化等提供了重要手段。 本文首先介绍了应用于颗粒流动数值模拟的DEMMS软件及DEM模型，并对基于GPU并行计算的DEM模型进行验证，同时选取了适当的模拟参数。在此基础上，采用DEMMS-1.0软件对圆锥形旋转混合器中颗粒混合过程进行了模拟，通过研究填充方式、填充率、转速对混合效果的影响，对混合机理进行了探究并优化了过程操作条件。同时针对旋转型混合器轴向混合较弱的特点，设计将圆锥形旋转混合器倾斜，并对倾斜角进行优化，从而实现了混合性能的改进。其次，对方锥形旋转混合器的混合特点进行了研究，与其它旋转型混合器相比，其特有的几何结构有效促进了颗粒的轴向混合，然而轴向混合仍然以扩散混合为主。对此，设计了相应的内构件，阐明其作用原理，并对其结构、几何尺寸进行了优化。再次，对非球形颗粒的流动性能进行了初步研究，采用DEMMS-2.0软件对三种非球形颗粒物料在料仓和滚筒中的流动行为进行了模拟，通过研究其对落料休止角、滚筒斜坡角和料仓出口流率的影响，并与球形颗粒的流动进行对比，进而揭示了非球形颗粒的流动性能。最后，对获得的主要结论进行了总结并展望了未来的研究方向。