气体和反应性颗粒或催化剂颗粒混合的两相流动广泛存在于能源与化工系统中,此种流动中,颗粒表面法向上会产生一个与反应和组分扩散有关的质量流,该质量流一般被称为Stefan流。Stefan流会影响气固相间的质量、动量、热量传递,从而影响气固相间的作用力。但目前广泛应用的气固相间曳力模型主要是基于非反应性颗粒建立的,没有考虑反应产生的Stefan流对流动特性的影响,因此研究Stefan流对颗粒系统受力的影响规律具有重要的科学价值和现实意义。本文使用具有二阶精度的浸没边界-格子玻尔兹曼方法(IB-LBM)对含有Stefan流的气固系统进行直接数值模拟。首先,对含Stefan流的单球绕流问题进行模拟,发现Stefan雷诺数对颗粒所受曳力有明显影响,并与低雷诺数下的解析解吻合良好。其次,本文对含Stefan流的不同固体体积分数多颗粒系统进行研究,采用蒙特卡罗法生成多个特定固体体积分数下均匀随机分布的球形颗粒群,对其进行一系列的直接数值模拟。系统整体固体体积分数从0.03到0.3,颗粒雷诺数从1到100,Stefan雷诺数从-3到6。结果表明:随着Stefan雷诺数的增大,颗粒所受曳力减小;并且随着固体体积分数的增加,Stefan雷诺数对曳力的影响程度在逐渐减弱,当固体体积分数低于0.1时,Stefan雷诺数对曳力有明显影响;当固体体积分数高于0.3时,Stefan雷诺数对曳力的影响可以忽略。