目前世界能源现状,化石燃料仍然占能源消耗的主导地位。化石能源占全世界能源消85%以上,其持续增长的消耗引起了人们对于能源危机和温室效应的忧虑,这促使国内外研究人员探索减少碳排放和利用二氧化碳的技术。在过去的几十年中,已经有很多将二氧化碳转化成化学物质和可再生燃料的方法,例如热转换,等离子体转换,光还原作用等。在节能减排的各种技术中,光催化二氧化碳还原成烃燃料是一种很有前途而且环保的方法,这种方法可以来阻止温室气体的增加和化石资源的枯竭。对于传统的光催化反应器,反应体系中的还原剂通常是水,在催化剂TiO₂、WO₃等光催化剂的作用下,CO₂被H₂O还原成甲烷、甲酸、甲醛和甲醇等有机物。但是,由于H₂O是一种弱还原剂,CO₂很难被还原,而且生成的有机物容易被二次氧化,造成了传统光催化反应器产率低。近年,光催化水分解制氢技术取得了飞速发展,这为双胞反应器的化学反应体系提供了理论依据。双胞反应器将光催化CO₂还原技术与光催化水分解制氢技术相结合,利用水分解产生的氢离子作为CO₂还原的还原剂。由于H+的还原性远优于H₂O,因此,双胞反应体系有可能比传统反应器具有更高的效率本文建立了描述双胞反应器内水的光解和CO₂光还原过程的计算模型,该模型包含了化学反应动力学模型、物质扩散和传递模型以及光照强度分布模型。通过与已有实验结果的对比,验证了本文采用模型的可行性。进而本文分析了温度、压强、气体混合比对于CO₂转化效率的影响。结果表明,一氧化碳中的碳元素虽然可以间接被用于形成甲醇,但是过量的一氧化碳会与中间产物甲酸甲酯反应,进而抑制甲醇产量。在合理的温度和压强范围内,提高反应温度和压强可以提升甲醇产量。本文还模拟了自然光下的双胞反应器的反应过程,对于今后的实验研究给出了合理的建议。基于传统的双反应器的参数,本文提出了鼓泡式双胞反应器的设想,并建立了计算模型对其进行模拟实验,该模型在包含上述模型基础上还引入了两相流动模型。结果表明,鼓泡式双胞反应器的二氧化碳转换效率高于传统双胞反应器。在合理的进气速度范围内,提高进气速度可以增加反应器甲醇产量,在单位时间内进气总流量相同的情况下,增加气孔数量可以提高反应器甲醇产量。