在二氧化碳（CO2）的地下咸水层封存中,CO2的溶解会使顶部混合溶液的密度略大于底部咸水的密度,混溶界面在重力以及地层扰动的影响下会变得不稳定,并进一步在咸水层内产生对流。这一过程极大地促进了 CO2由自由状态向溶液状态的转化,提高了封存的安全性。在该问题中,流体流动、多组分溶质传输与反应以及多孔介质孔隙结构变化等多种因素互相影响,动态耦合,相关研究面临巨大的挑战。为此,本文基于格子玻尔兹曼方程（Lattice Boltzmann Equation,LBE）方法,对CO2溶解封存中对流混合过程进行了数值研究。本文工作包含以下几个方面:（1）针对CO2溶解导致的密度驱动对流混合过程,介绍了求解不可压混溶流动过程的多松弛LBE模型,构建了能够准确实现速度和压力边界条件的精确非平衡态外推格式以及处理流固化学反应边界的局部反应边界格式。通过数值实验,验证了所发展边界格式的准确性和有效性。（2）采用LBE模型及所发展的边界格式,在孔隙尺度上研究了 CO2溶解度对于对流混合过程的影响。结果表明:随着CO2溶解度的增大,混溶界面失稳产生的指状密度分布会变得小而密集,当溶解度足够大时,指状流动首先在缝隙中产生,并进一步发展、融合形成较大的羽流。由于达西尺度无法预测孔隙内流体的流动,当溶解度较高时,达西尺度上所预测的溶解封存速率要明显高于孔隙尺度的计算结果。（3）采用LBE模型结合精确非平衡态外推边界格式,在孔隙尺度上研究了杂质对于对流混合过程的影响。结果表明:由于杂质组分与CO2性质不同,溶质的多重扩散会使系统密度在重力方向上形成分层结构,扩散阶段密度分布的不同会影响系统的稳定性和后续对流混合过程的发展。为了能够表征不同杂质影响下系统的稳定性及对流混合强度,本文给出了有效Rayleigh数的定义并验证了其有效性。（4）应用线性稳定性分析和LBE方法分别在达西尺度以及孔隙尺度上对耦合了流固反应以及硫化氢（H2S）杂质的对流混合过程进行了研究。结果表明:系统的整体稳定性是重力密度不稳定和反应渗透不稳定两种机制相互竞争的结果。溶液中的CO2的反应消耗以及H2S的溶解会抑制系统的重力不稳定,而化学反应对于固体的溶解会增大渗透率从而增强系统的反应渗透不稳定。综上所述,本文首先发展了精确非平衡态外推格式以及局部反应边界格式,并基于已构建的格式,系统地研究了 CO2溶解度、杂质气体以及流固溶解反应对系统的影响。本文的工作为研究多孔介质内反应输运过程提供了必要的手段,同时丰富了对CO2深部咸水层埋存机理的认识。