微通道内的气液两相界面动力学问题在能源、环境工业及工程应用中广泛存在。随着中国可持续发展战略的实施,该问题已经成为温室气体地下埋存以及发展清洁能源等国家重大需求中的共性科学问题。由于该问题自身的特点,如流体之间以及流体与固壁之间的相互作用极其复杂、所涉及的计算区域较大,极大限制了人们对其内部规律和机理的认识。本文针对微通道内的三个关键点,基于气液两相格子Boltzmann模型(LBM)分析了不同流体之间的相互作用力处理格式,建立了准确捕获相界面分布的两相流模型、给出了合理处理流体与固壁之间相互作用的边界条件,设计了针对较大及无限大计算区域的两相流出口边界条件,并用发展的方法研究了微通道内近临界CO2的流型分布问题及质子交换膜燃料电池阴极水的传输问题。论文的主要工作包括：(1)研究了气液两相LBM中描述流体之间相互作用的处理格式对界面相行为,例如质量守恒、平衡态密度、虚假速度和伽利略不变性的影响。该工作首先通过理论分析发现混合差分格式不满足质量守恒,且质量误差和网格步长、流体速度以及流体的界面分布相关,并用不同网格分辨率下的静止液滴、外力作用下液滴的运动以及相分离的算例证明了该结论的正确性,从数值结果中还发现了由于离散误差的原因,当LBM采用混合差分格式和压力形式的相互作用力时得到的质量误差尤其大。其次,该工作发现当LBM采用混合差分格式和势形式的相互作用力时得到的密度分布与解析解吻合的很好,并且该模型在有些情况下可以消除虚假速度。最后,该工作还通过理论分析指出混合差分格式可能不满足伽利略不变性,并用匀速平板拖动液滴流动的算例验证了该理论预测。以上发现对在LBM中如何合理描述流体之间的相互作用提供指导。(2)提出了可以准确捕获界面分布的两相格子Boltzmann模型。该工作通过基于平界面两相流系统,得到了格子Boltzmann方程的解。该理论解表明,稳态时格子Boltzmann方法得到的化学势的梯度不是常数,而是与CFL条件数的平方成正比的量。该结果说明了在格子Boltzmann中存在密度误差的原因：稳态时化学势不为常数。根据理论结果提出了一种基于Lax-Wendroffj迁移格式的两相流模型,在该模型中CFL条件数可调,通过调节CFL条件数,可以在整个流场内得到近似为常数的化学势,从而得到准确的界面分布。(3)研究了气液两相格子Boltzmann模型中的润湿性边界条件。进一步把用于相场方法中的一类润湿性边界条件应用到本文提出的两相流模型,该边界条件不仅可以避免在固壁上形成虚假的密度,而且可以事先给定固壁的润湿性。通过对液滴在静止壁面上的铺展过程、毛细现象以及液滴在微通道内的运动行为的研究,验证了该边界条件的合理性,并发现该边界条件可以研究的接触角的范围更广(4)为了研究无限大或者较大计算区域的两相流动问题,设计并分析了格子Boltzmann方法中的两相出口边界条件格式。该上作把三类广泛用于单相流动的出口边界条件,例女Neumann边界条件,对流边界条件和外推边界条件扩展到气液两相格子Boltzmann方法中,并从数值稳定性和精度方面详细分析了其性能。发现了对于两相流动,Neumann边界条件和外推边界的稳定性和精度较差,而对流边界条件的性能较好,尤其当特征速度取为平均速度时,其数值稳定性和精度都是最好的。(5)利用前述模型及边界条件研究了近临界CO2在微通道内的流型分布,主要考察了通道管径大小、壁而润湿性以及初始气相CO2体积份数对其在微通道内分布的影响。在研究中发现了四种常见的流型：泡状流、弹状流、搅拌流以及环状流,并发现当管道较小时,润湿性对管道内的流动型态影响特别大,其几乎可以直接决定通道内稳态时的流型分布;该工作还发现了随着润湿相体积分数的增加会其较容易在壁面上形成薄膜。以上发现对二氧化碳的地下埋存提供了指导意义。(6)还利用前述模型及边界条件研究了质子交换膜燃料电池阴极流道中水的传输特性,分析了燃料电池气体扩散层表面的润湿性、空气的入口速度、注水微孔和排气微孔之间的距离以及注水微孔的孔径对水传输特性的影响,并得到了以下结论：气体扩散层表面的润湿性越弱,液滴的传输行为对流道中反应物的传递的影响越小,并且液滴越容易流出管道；空气的入口速度较小时,在气体扩散层表面的粘附力和排气微孔的抽力的共同作用下,液滴容易堵住排气微孔,空气速度过大时管道内的剪切力会抑制注水微孔内的水流出,同时抑制流道中的反应物向排气微孔传递,只有合适的空气入口速度才可以保证液滴的排出和反应物的传递：注水微孔和排气微孔之间的距离的设计最好要保证液滴在断裂时还没有到达排气微孔；适当增加注水微孔的孔径,可以使得流道中单位时间内排出的水增加。该工作为燃料电池的水管理提供了一定指导。总之,本文研究了LBM中气液两相界面动力学行为的流体与流体之间的相互作用、流体与壁面之间的相互作用以及较长的通道导致的计算区域过大的问题,并研究了近临界二氧化碳在微通道内的分布以及质子交换膜燃料电池阴极流道中的水的传输特性等流动问题。本文的研究结果加深了对微通道内气液两相界面动力学内在机理和规律的认识,为推动LBM在气液两相界面动力学行为中的应用作出了有益的尝试。