微型化工过程是属于化学和化工交叉的领域,应用前景广泛,例如它能够精确地控制受限在纳微结构通道中的物理和化学过程。纳微结构中流体和界面的结构和性质是开发微型化工设备的基础,目前实验手段对该尺度下的液-液界面性质的表征尚不完善,因此用分子模拟的方法来研究界面性质和界面传递过程意义重大。本论文采用分子动力学方法和格子Boltzmann方法对纳微尺度下的传递现象进行计算机模拟研究,主要对纳微尺度下的边界条件、热量传递和质量传递过程进行了系统的计算机模拟研究。主要内容如下：1.纳米尺度下液-液界面的边界条件、热量传递和质量传递过程的分子动力学模拟研究：(1)研究了纳米尺度下两互不相溶流体液-液界面的边界条件,包括对界面处存在表面活性剂的情况进行了考察。随着界面处表面活性剂浓度的不同观察到三种不同的边界条件：滑移边界条件、无滑移边界条件和粘滞边界条件。滑移、无滑移和粘滞这三种边界条件对应的滑移长度分别为正值、零和负值。此外还研究了表面活性剂对液-液界面边界条件的影响。(2)研究了纳米尺度下两互不相溶液体的液-液界面的传热过程,并考察了界面处存在表面活性剂以及界面流动的影响。体系中热通量的变化,因其不会改变界面的结构,而不影响界面的热阻。当界面处存在表面活性剂时,表面活性剂分子会改变界面的结构,从而影响界面处的传热过程。随着界面处表面活性剂浓度的增加界面处的热阻先快速地减小,然后基本保持不变。体系在外力作用下流动时,互不相溶两液体的液-液界面处存在边界滑移,界面处的热阻会明显变大,随着流速的增加界面处热阻会先增大后减小。(3)研究了纳米尺度下溶质穿过两互不相溶液-液界面的质量传递过程,并考察了界面处存在表面活性剂时对传质过程的影响。溶液中溶质浓度随时间演化过程和界面处溶质分子的平均力势(Potential of Mean Force)都表明液-液界面处存在传质阻力。溶质在溶剂中溶解度不同时,质量传递过程的传质速度会受到影响。而界面处存在表面活性剂时,溶质传质速率会随着表面活性剂浓度的增加而先变大后变小,这与宏观萃取实验的结果,即溶质传质速率会随着表面活性剂浓度的增加而先变小后略有增加,明显不同。这是因为宏观液-液萃取实验中,界面处的表面活性剂会降低界面张力梯度和湍流运动从而减小传质速率。2.采用分子动力学方法研究了在外压力作用下水分子通过碳纳米管的过程。管口处各组分的密度分布表明水与固体墙之间存在一个排空层,说明管口处存在一定的阻力,阻碍水进入碳纳米管内。随着外压力的增加,水分子会经历四个状态：不进入碳管、半填充碳管、充满碳管和流过碳管。通过比较单管体系和双管并列体系的结果发现双管并列的体系水分子更容易形成流动状态,并且对原子间LJ势能不同的体系的研究表明截断半径长的体系更容易克服出口处的氢键作用而流出管口。这些结果表明不同管内水分子的状态是相互影响或者说它们的流动是协同的。同时本论文还对水分子在管内的转动行为进行了研究。3.使用格子Boltzmann方法研究了微流体网状结构中浓度梯度的生成过程。提出了一个适用于格子Boltzmann方法进行模拟计算的多分支的微流体网状结构,该模型得到的结果与实验结果相符。结果表明网状结构的各分支位置与分支长短对生成的浓度梯度的形状有重要影响。研究了流体流速u,溶质扩散系数D和微通道长度L对浓度梯度生成和形状的影响。并提出一个无因次参数L/uH2/D(H是微流体通道的有效半径)对结果进行拟合,发现该参数可以用于关联并描述出口处浓度梯度的形状。