氨（NH3）具有能量密度高、易于液化、无碳等特性,被认为是一种很有前途的储氢介质,通过氨分解制氢被认为是一种具有前景的氢能利用途径,受到了广泛关注。本文以氨分解制氢为研究背景,利用数值模拟的方法,对固定床氨分解反应器内流场、温度场、反应-扩散以及热质传递现象从催化剂颗粒尺度（微观尺度）、颗粒间尺度（介观尺度）以及整个床层尺度（宏观尺度）进行了多场耦合及多尺度的探究。首先,建立了氨分解催化剂单颗粒尺度模型,通过定义效率因子考虑颗粒内部的输运限制作用,在此基础上探究了反应条件及催化剂物性参数对效率因子及反应速率的影响,并最终拟合出效率因子表达式。研究结果显示,在本文所考察的高活性钌基催化剂作用下,氨分解反应速率显著快于反应物在催化剂颗粒内的扩散速率,因此催化剂颗粒的效率因子明显小于1;升高反应温度和压力、提高催化剂颗粒所处气氛中的反应物浓度,均会提高反应速率,进而强化了颗粒内扩散对催化剂颗粒性能的限制,使得催化剂效率因子降低;增大催化剂颗粒的孔道尺寸及颗粒的孔隙率会使反应物的内扩散阻力减小,使得效率因子增大;而增大催化剂颗粒直径则会使反应物扩散体积增大,进而增加了扩散阻力,氨分解催化剂效率因子减小。随后,利用离散元法构建了固定床氨分解反应器颗粒分辨模型,与计算流体力学方法耦合来探究床层内详细的热质传递规律。研究结果显示,固定床氨分解反应器内局部空隙率的不均匀性使得反应器内的流场、温度场以及组分浓度场在轴径向上均呈现出极大的差异,在入口流速为0.075m/s条件下,反应器内轴向温差和径向温差分别可达182.14K、204.13K,径向氨浓度差异最高达25%。随着轴向距离的增加,反应器内氨气浓度逐渐减小,氢气和氮气浓度逐渐升高,另外,由于管壁处的温度较高,利于氨分解反应的进行,近壁处的氨气浓度相较于管中心区域较低。入口速度过高,会导致氨气在反应床层内的停留时间减小,不利于氨分解反应的进行。最后,利用多孔介质模型建立了固定床氨分解反应器床层尺度拟均相模型,通过效率因子的拟合公式来反映催化剂颗粒的内扩散限制,拟均相模型与颗粒分辨模型相比,计算量大幅减小,但由于引入拟均相假设,使得计算结果有一定偏差,主要表现为,拟均相模型计算所得反应器出口转化率偏低,反应器内压降偏高,反应器内最大温差偏低等;基于拟均相模型的参数化分析表明,进气温度和管壁温度共同影响氨分解的转化率;催化剂颗粒直径同时影响床层空隙率与效率因子,应综合考虑床层压降与氨分解转化率来选择。