两组分混合气体在微、纳尺度系统中的流动是自然界和工程实践中常见的一类流动,它广泛存在于页岩气开采,燃料电池研发等领域。在对这类流动问题的数值研究存在多种方法,而与传统的数值方法相比,近十年来发展起来的格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)以其跨尺度特性,良好的计算并行性和复杂边界的适用性等,已被证实适用于这类混合气体的微尺度流动,因而这种方法成为我们研究这一问题的一种重要手段。目前,虽然研究人员采用LBM在混合气体的微尺度流动相关领域获得了一些研究成果,但仍然有一些基本问题尚未解决。本文正是以这些问题作为切入点,在完善原有的多松弛时间(multiple relaxation times, MRT) LBM相关模型理论的基础上,对两组分混合气体的微尺度流动问题进行深入的研究。本文的研究内容主要包含以下几个方面：第一,研究了两组分混合气体的整体流动状况,将其看作单组分气体的流动现象。采用考虑壁面截断效应的微尺度多松弛格子Botlzmann模型,对气体在微管道中流动所特有的沿流向非线性压力分布的变化进行了研究,并模拟分析了不同的稀薄效应和压缩效应下的压力分布变化趋势,及在前人工作中被忽视的管道长宽比的影响。研究结果表明：通过对沿流向压力分布的研究能够很好的解释气体微尺度流动中流量的非常规变化；管道的宽长比这一实际因素与压力分布和流量的变化成二次幂函数的关系,同时这种影响只有在克努森数大于一定值时才能够被忽略。第二,基于对混合气体内部因素影响的考虑,研究了两组分混合气体在微尺度流动中所特有的组分浓度分离现象。我们首先在原有的两组分混合气体的LBE(Lattice Boltzmann Equation)模型的基础上,耦合了经壁面截断效应修正后的有效松弛时间以及更为精确的二阶滑移速度,使得新的模型能够适用于更加微小系统中的流动,弥补了原有模型的不足。在此新模型的基础上,通过对氦-氩和氖-氩两种混合气体微尺度流动的中的浓度分离过程的模拟,分析了不同的混合气体构成、稀薄效应和压缩效应对两组分混合气体的浓度分离过程及结果的影响。研究结果表明：两组分混合气体中组分分子质量比越大,分离现象越明显；稀薄效应和压缩效应对浓度分离过程的作用则正好相反,克努森数的增大会增强分离效应,但是压力比的增加却会减弱这一效应。第三,在对混合气体内部因素的研究的基础上,对管壁的粗糙效应这一外部因素的影响进行了研究。首先,为了在复杂的壁面状况下实现精确的滑移边界条件,把离散-反弹格式边界条件(Diffuse-Bounce-Back, DBB)扩展到两组分的LBE模型中,从而得到了一类能够处理复杂边界和大Kn数流动问题的两组分混合气体的格子Boltzmann模型。基于本文所提出的模型和边界条件,研究了不同粗糙程度的微管道中两组分混合气体的流动,从流量这一宏观量的变化出发,分析了每种因素对混合气体微尺度流动传输过程的影响。研究结果表明：随着粗糙度的增加,粗糙效应对混合气体中的不同组分的流量均成下降趋势；然而各组分的流量间有存在着明显的差异,这一差异又受到组分分子质量比和组分浓度的共同影响；同时随着克努森数的增加,在其小于0.1时,流量下降非常明显,而但克努森数大于0.1时,其作用会随稀薄效应的增强而减弱。最后,基于以上的二维流动分析,对两组分混合气体的在不同截面形状管道中的三维流动进行了模拟。我们首先把改进后的二维的两组分混合气体的格子Boltzmann模型以及DBB边界条件扩展到三维领域,得到了一种适用于三维流动的两组分混合气体的LBE模型和边界条件。采用此三维模型,通过对两种不同截面形状的三维微管道中两组分混合气体流动的模拟,综合分析了内部因素,壁面因素和截面形状等因子对混合气体的流量和浓度分离过程的影响。研究结果表明：同等截面积下,模拟工况中的三角形截面管道中的流量会高于正方形截面管道中的流量,但是混合气体在三角形截面管道中的浓度分离程度却会比在正方形截面管道中的低,同时这两种影响均受到稀薄效应的限制的,会随着稀薄效应的增强而减弱。总之,本文由简入繁,从整体研究到局部考虑再回到整体研究,采用格子Boltzmann方法(LBM)方法由浅入深的对两组分混合气体的微尺度流动与传输的机理进行了研究,加深了对这类复杂流动问题的认识。为LBM在混合气体微尺度流动研究中的应用做出了有意义的创新与尝试,也为后续更进一步的研究和探讨奠定了坚实的基础。