多相流动与传质现象广泛存在于自然界与工业生产中。为深入理解多相流体间动量、质量与热量的传递规律，人们已通过实验观测、理论分析和数值模拟等手段开展了大量的科学研究。在数值模拟研究方面，对伴随有传质、传热或相变等过程的复杂多相流动行为进行建模并非易事。兴起于上世纪80年代末的格子Boltzmann方法（Lattice-Boltzmann method, LBM）可以从介观尺度上直接描述流体粒子间的相互作用，为模拟此类多相流动行为提供了有效的解决方案。 然而，传统的多相/多组分格子Boltzmann（LB）模型在模拟常见的多相流问题时，不同流体间的密度比通常被局限在10的量级，一旦超出此量级，便会引发数值不稳定现象，极大限制了LB模型的应用。最近几年发展迅速的相场LB模型，在LB框架内引入一种扩散界面方法（相场法）追踪相界面，明显提高了模型的数值稳定性，将可处理的多相流体密度比提升至103量级。然而，目前相场LB模型仍无法对固体曲边界上的三相接触线动力学及接触角滞后效应、多相相间传质行为及相界面处的浓度阶跃现象进行准确描述。为解决上述科学问题，本论文使用FORTRAN语言自编程对相场LB模型进行了一系列的改进和拓展，并进行了相关的数值模拟研究。 首先对文献中已有相场LB模型的固体曲边界处理方案进行改进，并将其应用于复杂通道中大密度比气液流动的数值模拟研究中。探究了通道几何结构、表面张力、气泡初始直径和驱动力等因素对气泡在复杂通道内上升运动的影响。根据不同重力Reynolds数（ReGr）、Eötvös数（Eo）和通道几何结构下气泡的运动过程，划分了气泡流型并绘制了详细的流型图，以期对工业填充床内的流型识别和调控提供一定的指导作用。 模拟中发现已有的曲边界处理方案存在较明显的计算误差，且缺乏相应的接触角滞后数值方案。为此，在相场LB模型的基础上，新引入改进的单向插值算法和与之对应的接触角滞后方案，开发出一种扩展相场LB模型，专门用于解决固体曲边界上的接触角滞后问题。然后利用该模型对剪切流中液滴在圆柱表面的滑移过程进行模拟，发现了三相接触点的四种滑移模式，并对表面张力、剪切速率、Capillary数（Ca）和粘度比等因素对接触点运动和液滴形态的影响进行了系统探究。在对外力作用下气泡-颗粒脱附过程的模拟研究中，分析了滞后窗口、初始接触角、分离力和气泡初始直径等因素对气泡脱附时间、拉伸长度、脱附速度和残留微气泡体积的影响。 在利用LBM与其他数值方法解耦的算法模拟多相流动与传质时，往往存在数据传递耗时、量纲不一致、流动与传质更新不同步等局限性。因此，建立普适性更强的多相流动与传质LB模型是该领域的研究热点之一。通过耦合相场LB模型与连续物质传递（Continuum species transfer, CST）模型开发了PF-CST-LB模型，在完全LB框架内实现了对大密度比条件下两相流动与传质问题的数值模拟。利用PF-CST-LB模型系统探究了液滴对撞过程的传质规律及分配系数、扩散系数比和Weber数（We）等因素的影响。 三相流体的流动过程往往伴随着复杂的流体间相互作用及剧烈的界面变形，采用实验方法观测其中的质量传递行为存在一定难度。因此，将PF-CST-LB模型拓展至三相流体体系，开发了用于模拟大密度比三相流动与传质的Ter-PF-CST-LB模型。通过静止复合液滴和瑞利-泰勒不稳定性两个基准算例验证了该模型在流场计算方面的正确性和准确性，且该模型容易转化为两相模型；通过两类一维扩散问题定量验证了该模型在浓度场计算方面的准确性。最后模拟研究了液体透镜形成过程中三相间的传质规律。Ter-PF-CST-LB模型为后续深入研究三相相间传质问题提供了有效的技术手段。