石油、煤等化石能源的大量使用带来了严重的环境污染,加上化石能源的不可再生性,生物质资源的开发利用吸引了越来越多的研究者,近年来,生物质能逐渐成为我国能源组成的重要部分。目前,生物质转化利用研究方面已经取得了一定的进展,然而这些研究主要集中在实验方面,理论方面的研究还很缺乏。在有限的理论研究文献中,大多都集中在纤维素热解和纤维素酶解方向,关于纤维素催化水解方向的数值仿真研究还罕见报道。基于这点,本文把数值仿真手段应用在液膜催化纤维素水解制备5-羟甲基糠醛(HMF)反应中,研究了多相体系物质输运与反应协同机制。本文对液膜催化纤维素水解制备HMF的反应进行详细分析,针对水-四氢呋喃双相体系(闭口系)和气-液双相体系(开口系)建立了相应的反应动力学模型,然后使用格子Boltzmann方法对反应传质过程进行了模拟。格子Boltzmann方法作为一种新兴的计算流体力学手段,在复杂界面和多相流方面有着独特的优势,但该方法还未被用于纤维素多相水解反应中。为了建立适用于该反应的格子Boltzmann模型,我们在伪势多相模型和传质模型上作了两点修正。一是基于原始的伪势多相模型,将Carnahan-Starling状态方程稱合到格子Boltzmann方程中,实现稳定的大密度比的两相流。二是参考颜色多相模型的重着色过程在基本的传质Boltzmann方程中加入一个额外的碰撞算子,实现溶质浓度在两相界面光滑过渡。建立了一个可以模拟多相反应及相间传质过程的单颗粒液膜催化模型,并且利用多种方式验证了自主编写的C++程序代码,证明了该模型的可行性。将验证过的单颗粒液膜催化模型应用于两种双相催化体系(针对两种体系的不同,对模型的边界条件等作出了相应的改变),模拟了纤维素水解制备HMF的一系列多相反应及相间传质过程。模拟结果清晰的呈现了反应过程中溶质浓度的变化和输运方向,生成的HMF很快被转移出反应体系,液膜中的HMF浓度始终保持在一个较低的值,这正是双相体系可以高效催化纤维素水解制备HMF的原因。此外,探究了液膜厚度及气流速度对HMF产率的影响,并且将模拟结果和文献中的实验结果进行对比,得到了有说服力的结论。研究得出:在水-四氢呋喃双相体系中较小的液膜厚度有利于提高HMF产率,在气-液双相体系中较大的气流速度有利于提高HMF产率,但当气流速度到达一定值时,继续增加气流速度,则对提高HMF产率帮助不大。