乳液可作为携带活性物的载体，被广泛应用于污水处理、制药、食品、石油化工等领域。液滴索特平均尺寸（Sauter mean diameter，D32）和液滴尺寸分布（Droplet Size Distribution，DSD）是乳液的重要特征，而控制和准确预测液滴尺寸分布以及增加液滴生成速率（Droplet Production Rate，DPR）是乳化研究的重点和难点。本文使用格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）从简单到复杂考察乳化的规律，重点研究剪切流、微通道壁面、湍流、表面活性剂对液滴破碎的作用。（1）考察剪切流场单液滴发生的一系列破碎，得到二元破碎至七元破碎的临界毛细数，并通过临界毛细数曲线划分出液滴破碎相图。相比无表面活性剂体系的液滴破碎相图，有表面活性剂体系的液滴破碎相图的多元破碎区变宽而聚并区变窄，其原因是表面活性剂促进液滴破碎和抑制液滴聚并。在添加表面活性剂的乳化体系中，液滴破碎过程相反作用的Marangoni应力作用于界面，使界面逐渐变薄进而发生破碎。（2）发展一种适用于多级分叉含表面活性剂模拟方法，即浸入边界法-相场模型-格子玻尔兹曼方法的耦合方法。本工作利用该耦合方法成功模拟液滴在树形微通道快速分裂的过程，并考察不同操作工况（包括流量比、毛细数、雷诺数、表面活性剂）对液滴分裂的影响，得到树形微通道乳化操作的最优操作区间。该最优区间能降低时间成本和提高液滴的产率。（3）湍流利用欧拉-拉格朗日方法模拟含1%分散相体系和含单液滴体系的液滴分散过程。在欧拉坐标系中利用相干大涡模拟和格子玻尔兹曼方法实现对流场精细小涡的解析；在拉格朗日坐标系中使用离散颗粒模型（Discrete Particle Model, DPM）考察液滴分散动力学。本工作使用破碎核函数与液滴时间步长的积大于0~1的随机数作为判定液滴破碎的方式，模拟结果表明该破碎判定方式具有时间步长无关性，湍流耗散率的分布、D32以及DSD与相应的实验值吻合。除此之外，本文考察了单液滴在搅拌槽的破碎，划分出搅拌槽的破碎区域和得到搅拌槽的空间效率，发现转速增加、界面张力降低和液滴尺寸增加有利于提高空间效率。（4）在（3）工作的基础上耦合体相表面活性剂传输方程以及界面表面活性剂的Langmiur吸附等温线，并将拟合得到的十二烷基硫酸钠(SDS)浓度与界面张力的关联式耦合到破碎核函数当中，实现湍流含有表面活性剂乳化体系的模拟。模拟结果表明，提高表面活性剂浓度能够降低D32, 提高DSD峰值以及提高搅拌槽的空间效率，该结论在不同转速和不同单液滴尺寸的条件下同样适用。 综上所述，本文获得液滴形变破碎过程的微尺度特性，发展处理复杂壁面和表面活性剂的耦合模型，优化乳化生产操作区间，为乳化混合器的生产操作提供指导。