本文的理论基础是一种较为年轻的数值模拟方法—格子Boltzmann方法(LBMLattice Boltzmann Method)。近些年受到国内外众多学者的关注并且仍在不断的完善丰富中。LBM包含了多学科的知识,有流体力学,统计力学,传热传质学以及计算逻辑学等。其中最重要的理论思路是由格子气自动机理论(LGA-Lattice Gas Automata)演化而来。格子气自动机模拟流场,中心思想是将流体及其存在的时间和空间完全离散化,并定义离散的流体粒子之间相互碰撞以及迁移的规则进而求解。另外,LGA理论里的HPP和FHP基本模型为LBM的离散速度模型提供了重要思路.LBM有别于传统模拟方法,具有宏观上连续,微观上离散的特点,因而被归为介观模拟方法。对流体系统网格划分为一定量的离散格子,通过对大量格子上粒子状态的统计平均获得宏观结果。因为它具有天生的并行特性以及边界条件设置简易明了,程序易于实现等优点。与传统的流体力学计算方法相比,LBM具有显著的优势,尤其适用于微尺度流型,多相多组分流型和多孔介质流型等许多传统模拟方法难以胜任的领域。随着离散模型的发展和边界条件的不断丰富,格子Boltzmann方法的发展前景将会越来越明朗。本文着重介绍了从Boltzmann方程到格子Boltzmann控制方程的详细推导过程,Boltzmann控制方程的理论基础,包括宏观现象和微观基础之间的转换,控制方程中流动项和碰撞项的推导简化,二维和三维常用的离散速度模型在平衡态方程中的应用以及管道进出口和管壁处边界条件的设定等。模拟部分是在Matlab软件平台上进行的,将LBM的数学表达转换成M语言完成了二维(D2Q9)和三维(D3Q19)的管道泊肃叶流和管道阻碍物的扰流模拟,并且对比分析了阻碍物的形状,相对位置和孔隙率对扰流流型的影响。在固定流化床的扰流模拟中加入外力项(重力),对出口处速度分布的影响分析。通过对上述案例模拟分析,深入理解格子Boltzmann方法的理论结构和应用。