粒子系统是利用大量粒子进行模拟仿真的系统,被广泛应用于固颗粒体和流体相关的仿真中,包括可交互的流体的模拟,游戏中烟雾效果的模拟,天体物理学中的模拟和分子动力学等。离散单元法(Discrete Element Method, DEM)是粒子系统常用的数值方法之一。基于DEM方法的粒子系统主要应用于泥石流,单螺杆挤出固体传输等固体颗粒流的模拟中。DEM将每个粒子看成介质系统中独立的实体,与其他粒子和边界发生碰撞和接触。使用这种方法可以动态的模拟粒子流的运动。本文使用CUDA,进行GPU+CPU异构编程,实现基于离散单元法粒子系统。模拟单螺杆挤出的固体输送部分,并用OpenGL演示整个交互过程。仿真系统分为主机端和设备端两部分。主机端,使用C++语言编写,构造粒子系统类搭建仿真系统的框架,并完成设备端函数的封装,再使用OpenGL绘制场景和螺杆模型；设备端,使用CUDA编写,利用GPU多线程并行计算,实现邻域搜索、粒子碰撞处理和粒子状态更新。本文使用了多种优化策略。对粒子的邻域搜索过程,使用一种更适合并行的搜索算法,采用设置shared memory变量减少对global memory的访存；使用CUDA流,使用异步拷贝的方式提高主机端和设备端数据传输速度；使用CUDA与OpenGL互操作简化主机端与设备端传输过程：另外,系统还使用程序分支控制、寄存器使用策略、线程维度划分策略和合并访问策略来优化系统性能,并分别实验比较策略的效果,选取最优策略。分析系统在两款显卡上运行的效果和硬件执行的细节。最后比较了现有的一些粒子系统,实验证明本文基于GPU的粒子系统的效率更高,且能逼真的模拟固体粒子与螺杆的交互。