离散单元法(Discrete Element Method，DEM)是颗粒流模拟研究的主流方法，且发展迅速、应用广泛，能有效地揭示实验难以获取的流动信息。然而，其计算量大、计算时间长、模拟规模小等缺陷严重制约了其应用和发展。针对此问题，本论文在前期及合作工作基础上设计并实现了面向多尺度异构超级计算系统的高效大规模离散单元模拟程序。应用该方法及程序定量研究了三维水平滚筒中颗粒流动速度场的相似性问题以及工业尺度的螺旋输送器中物料的混合问题，从机理和应用研究两方面阐明了该方法及模拟程序的有效性。　　所开发的耦合使用中央处理器(Central Processing Unit，CPU)和图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)的高效大规模DEM模拟程序，在单节点测试中较仅使用CPU的相应串行程序快最多25倍，并在多节点CPU/GPU并行时具备良好的可扩展性，为随后的实例研究奠定了基础。　　论文以此研究了处于Rolling流型的三维水平滚筒，重点考察了颗粒的几何参数及各种物理属性对其稳态速度场的影响。研究表明:这些参数的影响程度不同，其中颗粒-滚筒直径比具有一定的支配作用，而滑动摩擦系数和杨氏模量的影响也相对较大。由于颗粒物质的离散属性以及其相互作用的复杂性，即使在相对简单的Rolling流型中，滚筒的稳态速度场也呈现丰富的内部结构。　　本文还对工业尺度螺旋输送器中物料的流动状态进行了大规模模拟。通过统计物料的混合指标和停留时间分布考察了其几何结构和操作条件对物料混合效果的影响。研究表明，螺旋输送器的混合性能强烈地依赖于操作条件和结构尺寸，转速和物料的添加速率对物料的整体混合和轴向混合效果影响最大，其次是混合段螺距和混合区域的长度。该结论对在螺旋输送器的工业设计中根据生产的具体要求合理地选择技术参数、降低能耗具有指导意义。　　论文最后总结了所获得的主要成果，展望了离散单元模拟在研究颗粒流动的内在机理和工业应用方面的前景。