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传统不可再生能源开发利用伴随着严重的污染和浪费问题，并且即将被耗尽。为了实现经济与能源、环境的协调、可持续发展，必须发展高效、无污染的先进能源形式。先进的能源系统要求极高效率和近零排放，高度复杂性和多尺度是其本质特性。多尺度模拟研究必须要考虑系统中各个尺度之间的耦合效应，因此就会产生比传统模拟复杂得多的问题，其中最主要的难点之一就是：多尺度模拟的计算代价过大。因此如何解决多尺度模拟计算代价过大的问题就显得尤为关键。 为了解决多尺度模拟及优化中计算代价过大的问题，本文在微观尺度上采用动力学蒙特卡罗法(kineticMonteCarlo，简称kMC)模拟微观变量，在宏观尺度上，利用非结构化自适应建表方法(insituadaptivetabulation，简称ISAT)处理宏观变量。在误差容许范围内尽可能采用ISAT方法，避免耗时的kMC微观模拟步骤。相比全部采用kMC微观模拟，这种方法节省了计算时间，提高了计算效率，从而为多尺度模拟和优化奠定基础。 为了检验ISAT方法节省计算时间，提高计算效率的效果，以固体氧化物燃料电池(SOFC)为研究对象，分别将ISAT方法应用于氢氧化学反应过程和氧化钇稳定氧化锆（YSZ）电解质中氧空位扩散过程的kMC模拟中，主要的工作包括： 1、重点研究了非结构化自适应建表方法（ISAT）的原理及实现方法。深入讨论了不同阶数ISAT方法的误差控制，并对数据存储结构的多种操作方法做了详细的介绍，最后归纳总结了ISAT方法的具体步骤。 2、以固体氧化物燃料电池(SOFC)氢氧化学反应为对象，在不同温度，氢氧当量比条件下，将ISAT方法引入氢氧反应的kMC模拟中，得到电流密度以及各组分摩尔百分比随时间的变化情况，分析不同参数条件对SOFC电流密度的影响，重点分析了ISAT的效率和精度。 3、将ISAT方法应用于SOFC电解质中氧空位扩散过程的一维kMC模拟中，在不同温度、自发扩散跃迁势垒、外加电压频率、电介质层数以及初始各层氧空位数目等条件下进行模拟，分析各个参数对电势的影响，重点分析了ISAT方法的效率和精度。 模拟结果表明：ISAT方法在保证准确性的同时，能够大大减少计算时间，提高计算速度，为多尺度模拟和优化奠定基础。