能源是国民经济和社会发展的重要基础，随着传统化石能源过度利用带来的能源与环境问题日益严重，开发可再生的环境保护型新能源迫在眉睫。生物质作为唯一可转化为液体燃料的可再生碳资源，在近些年来受到了国际上众多学者的关注，5-羟甲基糠醛(HMF)是重要生物质基平台化合物，果糖在催化剂作用下脱去三个水分子即可得到HMF，目前国内外学者对于果糖脱水制备HMF在反应机理、催化剂的选择、反应条件、溶剂体系以及加热方式上都做出了很多的探索，对于反应以及催化剂的研究已经趋于完善，从而想要进一步的提高对果糖脱水制备HMF过程的认识另辟蹊径十分必要。果糖脱水反应通常在双相体系中进行，是一个复杂的流动过程，而在固体酸催化剂复杂多孔介质结构中伴随着传热（催化反应放热）传质（产物的传递扩散）的发生。计算流体力学的高速发展为复杂多相流动与催化反应的协同作用提供了可能。本文采取数值模拟的方法，对多孔介质体系中果糖脱水催化反应与传热传质的耦合协同作用以及水平管中果糖双相体系制备HMF的双相流动开展了以下工作:　　利用COMSOL对果糖脱水反应中的多孔介质催化剂层在9×9um2尺度下通过分形理论建模，模拟了转化过程中放热化学反应与多组分流动耦合传热传质的协同作用。结果表明:该体系中高温区域为大块催化剂颗粒后方，进出口温差约为0.056°/cm-2。采用多组进口流速，孔隙率，催化剂形状探究了该体系中流场与温度场、浓度场的协同作用。结果表明流场与温度场和浓度场存在协同作用，具体体现在低孔隙率和方形催化剂条件下出口生成物浓度更高;随着流速的增加进出口温差先增后减，这是体系从扩散为主转化为对流控制导致的结果。随着进口流速的增加体系平均反应速率先随进口流速的增加而增加（u＜0.0003m·s-1）而后随进口流速增加而减少(u＞0.0003m·s-1)。在u=0.0003m·s-1时体系平均反应速率达到最高值。单位时间出口平均转化率是由流速和温度同时耦合决定的，流速和温度的增加都会加强反应，传质对于化学反应的影响比传热的影响效果更大。Re数对于化学反应的影响规律公式与反应速率公式相似，呈指数形式，其影响公式形式为:Ct=aexp(-b/Rne)+c。　　采取格子玻尔兹曼中的D2Q9数学模型和Lattice BGK离散方法建立了LBM固定床里多孔介质中耦合单相化学反应的多组分流动与传热传质过程的LBM综合数理模型，推导出格子玻尔兹曼从介观到宏观的流场方程，对边界条件进行了特殊处理，自定义了收敛判据。得到的流场、温度场与浓度场的模拟结果图与上一章所得到的结果进行互相验证，结果表明LBM算法对于果糖脱水反应计算的可取性，分析了两种不同方法下温度场的区别，LBM的温度场固体表面与流场的温差较大，得出了固定床多孔介质体系中转化率的分布图，转化率最高的区域为速度最低的回流区。得出了该体系最优的入口流速为0.02m/s，此时单位时间内平均出口产量最高。　　基于FLUENT对双相体系制备HMF中水平管的两相流动进行了数值模拟。首先通过FLUENT的前置网格处理器GAMBIT对水平管的几何结构以及网格进行了划分，并对网格进行了独立性验证，分析了不同的两相进口流速下的流型图。在两相流速较低时，得到的流型图为有机相包水相的环状流，随着有机相相含率的增加，流型由有机相包水的环状流先是变成液滴分散流，当两相进口流速相差不大时，流型转化为波浪状的分层流，液滴分散流为双相体系制备HMF的最佳流型，粘度较大的溶剂不利于产物向有机相中传递，应选取粘度较小的有机相。