多相流普遍存在于自然界和工业生产的各个领域中，如水力机械、船舶海洋及能源开发等，开展多相流相关机理研究，对改进生产技术，推动社会进步具有重要意义。多相流是研究气态、液态及固态物质混合流动的学科，涉及到两种以上不同相态组分物质共存并有明确分界面，如气泡界面、自由液面及其共存系统等。因此多界面耦合特性分析是以工程应用为背景的多相流的主要研究内容，也是多相流研究的一个重难点问题。　　水下机械设备在与流体相互作用时，往往会伴随着气泡的产生，如水轮机中的气泡及螺旋桨附近的空化气泡等，这些现象轻者会引发结构物振动，重者会造成结构物侵蚀、损毁。本论文以水轮机、舰船及螺旋桨系统中涉及到的气-液-固三相耦合系统为研究背景，从气泡-气泡、气泡-自由面、固体-自由面耦合三方面入手，借助格子Boltzmann方法对实际工程应用系统中涉及到的多界面耦合问题展开了系统的研究。由于多界面耦合过程中涉及到大变形、强间断等非线性问题，传统的有限元等宏观方法在处理该类问题上具有一定的局限性。格子Boltzmann方法是一种介观层面上的无网格方法，以分子动力学和统计力学为基础，用简单规则的微观粒子运动代替复杂的宏观流动，克服了传统方法在处理非线性问题时存在的计算精度低、界面构造复杂等缺陷，特别是在界面捕捉和并行计算上有很大优势，是一种有效的新兴方法。　　为此本论文基于流体力学、多相流、流固耦合等基本理论，采用格子Boltzmann方法对单气泡上浮、气泡间耦合、气泡出水以及结构物入水冲击过程中涉及到的多界面耦合问题进行了系统的研究。主要工作内容如下：　　为研究单泡上浮过程中涉及到的气液大密度比、界面大变形以及周围压力场波动问题，利用Boltzmann单相自由面模型，引入改进型表面张力处理格式，建立了黏性流场中的单泡上浮计算模型。以此为基础，对气液两相相关参数和耦合运动相关参数的影响规律展开了研究，详细探究了不同气泡半径比，不同流体粘度系数和表面张力系数的工况下，单气泡的运动特性和流场结构的变化。发现增大气泡半径和表面张力系数，减小液相的粘度会造成气泡上浮速度增大，拓扑变形程度增加，涡场结构复杂化。　　在单泡上浮的基础上，建立气泡出水模型，探究气泡破裂过程中自由面畸变及融合过程，探讨了不同粘度的工况下，气泡破裂过程和流场结构变化。发现粘度的增大可以有效的抑制破裂过程中产生的液滴飞溅，液面波动等现象。　　建立多泡耦合模型，探究气泡间融合时存在的界面大变形、破碎及重构现象，并对气液多界面耦合过程中的影响因素进行分析。系统的探讨了双气泡间初始位置和半径比参数对耦合过程中界面的运动特征和流场的结构特点的影响规律。发现双气泡耦合的流场结构相对于单气泡的更加复杂，尤其当气泡半径相差较大时，大气泡对流场的作用更加明显，抑制小气泡的运动。　　在气液两相界面耦合的基础上，引入运动固体边界，建立气-液-固三相耦合基本模型，探究自由液面和运动固体界面的入水冲击耦合问题。分析了圆柱入水过程中的自由面流动和液相压力波动。针对表面张力和粘性的不同，探究了参数变化对结构入水问题的影响，发现粘度的增大可以有效的抑制破裂过程中产生的液滴飞溅，液面波动等现象。