多孔介质内多组分非均相反应流在能源、环境、工业及工程应用中,如提高石油采收率、二氧化碳的地下埋存、地下水资源污染、生物处理法、化学工业过程等应用中广泛存在。大量文献表明,尽管目前人们对于这类问题已有深刻的理解,但由于该问题自身的复杂性,如其通常包含多个尺度(微尺度、宏观尺度和场)及多个物理化学过程(对流,扩散及化学反应),另外,化学反应的发生会导致孔隙结构发生变化等,大大限制了人们对其背后物理机制的认识。由于这类问题的复杂性,传统的数值方法在研究这类问题时存在边界处理复杂、动态边界难以实现、并行效率低等缺点。近年来,基于分子动理论而来的格子Boltzmann方法(LBM),由于其微观本质和介观特点,使得该方法特别适合用于研究多孔介质内的多组分非均相反应流。目前,格子Boltzmann方法对孔介质内的多组分非均相反应流的研究,仍有一些问题还未解决,包括对流扩散方程的格子Boltzmann模型方面,用于处理浓度边界条件的边界条件处理格式方面以及实际的应用方面。正是基于这样的现状,本文首先发展了格子Boltzmann方法的相关理论,在此基础上,采用格子Boltzmann方向及相应的边界处理格式对多孔介质内的流动、反应扩散问题进行了详细的研究。论文的主要工作包括下面两个方面,在格子Boltzmann方法的相关理论方面：(1)本文提出了一个可以用来刻画轴对称流动及扩散问题的不可压格子Boltzmann模型,该模型具有形式简单,源项中不包含复杂外力梯度项的特点,此外,该模型可以减小可压缩效应,弥补了已有模型的不足。(2)进一步提出了一类一般的半反弹处理格式,用来处理浓度边界条件。该半反弹边界处理格式,不仅可以用来处理具有一般形式的浓度边界条件(混合边界条件),而且非常适合用于处理具有复杂结构的边界。因此,该边界处理格式非常适合用来处理多孔介质内对流扩散问题的边界条件。在多孔介质内流动、反应扩散问题的数值研究方面：(1)研究了三维单孔隙内、圆柱均匀填充的多孔介质以及随机填充的多孔介质内的互溶驱替现象。分析了佩克莱特数、粘性比及多孔介质结构对驱替问题中浓度场及驱替效率或残余率的影响,对于由圆柱均匀排列组成的多孔介质内的互溶驱替问题,还分析了两种不同的多孔介质结构对指进现象以及指尖位置、速度变化趋势的影响。研究结果表明：随着佩克莱特数或粘性比的增大,指进现象越来越明显,被驱替流体的残余率愈来愈大,驱替率降低。(2)采用了本文提出的半反弹处理格式研究了多孔氧化钙吸收二氧化碳的过程,并分析了不同参数,如达姆科勒数、氧化钙颗粒粒径及摩尔体积比对氧化钙转化率的影响。此外,还研究了多孔介质中的溶解和沉淀现象,分析了不同参数对多孔介质孔隙结构及浓度分布的影响。研究结果表明：对于气固反应,颗粒粒径大小对反应物转化率的影响最为明显,而对于溶解沉淀现象,达姆科勒数对多孔介质结构的影响最大。总之,本文利用格子Boltzmann方法从孔隙尺度上研究了多孔介质内的流动、反应扩散问题,为推动该方法在渗流领域中的应用作出了许多有益的尝试。同时,本文针对具有大压差、轴对称性质的流动及扩散问题和复杂多孔介质中的浓度边界条件,分别构造了新的不可压轴对称格子Boltzmann模型和半反弹边界条件。通过采用格子Boltzmann方法对多孔介质内的互溶驱替问题及非均相反应流问题进行大量的数值试验,发现了一些新现象,并分析了这些现象背后的物理化学机制,为后续的工作研究奠定了必要的基础。