马 旭，杨 晨

(1. 珠海城市职业技术学院，广东 珠海 519090；2. 重庆大学能源与动力工程学院，重庆 400044)

1 引言

建模与仿真的发展趋势是从计算机宏观计算模拟到粒子团的模拟再到分子级的模拟，即从宏观到介观再到微观。在宏观层次上主要是依据三大守恒定律进行的CFD模拟；在介观层次上近年来研究最多的是基于粒子团的格子玻尔兹曼方法，该方法通过一定的数学变换可以推导出三大守恒定律；在微观层次上主要是依据分子动力学方法开展的模拟。在单尺度仿真中，尽管已经获得了不错的成果，但是仍然存在一些局限性，例如模型无法准确恰当地描述疑难问题，现有算法难以适应不断增长的模型规模和精度要求以及计算机硬件的速度和效率的限制等问题。

多尺度耦合模拟是解决上述问题的有效途径[1]。多尺度模拟在空间尺度上划分出不同的层次，针对问题描述难易程度、模型规模精度、计算速度等问题，使用不同层次的模拟方法和手段[2]，以便能更恰当准确的描述疑难问题，提高模型计算的精度，实现并行计算，提高计算效率。多尺度模拟是仿真发展的趋势，是大型复杂系统有力的描述手段[3]。

本文以管式固体氧化物燃料电池(SOFC)为例，从多尺度模拟的角度，在介观层次上采取格子玻尔兹曼方法模拟电化学反应扩散，在宏观尺度上采取CFD方法模拟管式SOFC内部的传热、流动过程，通过介观层次和宏观层次的耦合实现多尺度模拟。

2 格子玻尔兹曼方法的电化学反应扩散模型

格子玻尔兹曼方法中模拟的是流体粒子团，流体粒子团可以理解为微观充分大、宏观充分小由若干流体分子组成的微团。……