基于微观、介观等细微尺度的模拟方法如动力学蒙特卡罗(KMC)方法、格子玻尔兹曼方法(LBM)和分子动力学(MD)方法等是揭示复杂物理化学过程中时空多尺度本质特征的重要、甚至有时是唯一的研究方法，但由于这些细微单一尺度模拟方法完全依赖于计算困难的细微仿真器，必须通过仿真器依次计算每个演化步，因此它们经常会出现内存开销巨大及CPU耗时过长的难题，以致于模拟无法实现。本文所研究的粗粒化投影积分只需通过对复杂过程的细微仿真器计算少量演化步，然后用传统数值方法对仿真器演化后得到的宏观物理量进行有效外推，即能够快速且准确地获取后续演化步的宏观物理量，从而有效满足研究需求。因此，对先进能源利用系统中的多种复杂物理化学过程开展的基于粗粒化投影积分的多尺度模拟研究具有重要的理论意义和实用价值。　　本论文将粗粒化投影积分这一仿真理念引入至先进能源系统的反应扩散现象中，以实现其框架之上的多尺度模拟。主要完成的研究工作如下：　　①详细给出粗粒化投影积分的多尺度仿真机制，并初步建立了用于模拟先进能源系统中反应扩散的伸缩式投影积分多尺度框架。　　②尝试从微观和介观这两个细微尺度出发对先进能源系统中典型的Schlogl、Selkov反应扩散现象进行了伸缩式投影Euler多尺度模拟，并着重与以往细微单尺度模拟进行对比分析。　　分别在微观和介观上建立了Schlogl、Selkov反应扩散的KMC模型（微观仿真器）和LBM模型（介观仿真器）；根据Schlogl、Selkov反应扩散的尺度间关联提取了提升算子和约束算子，并实现这些算子与微观/介观仿真器之间的动态耦合；采用外推格式为向前Euler式的二级伸缩式投影方式对反应物浓度进行了有效数值外推。　　③提出了一种针对于燃料电池电化学反应的伸缩式投影Adams方法。　　以固体氧化物燃料电池（SOFC）中的电化学反应扩散过程为例，对SOFC电极/流道中氢气、氧气和水蒸气等气体的分布状况进行了基于介观的伸缩式投影Adams多尺度模拟，通过与单尺度LBM模拟和TPE模拟的结果进行比较，验证了所提多尺度方法的准确性和高效性。　　④首次以多尺度的观点从介观尺度出发对SOFC电化学性能进行伸缩式投影Adams多尺度模拟研究。　　建立了不同工况条件下的SOFC电化学反应扩散的LBM模型（介观仿真器），根据SOFC中宏观/介观电化学反应特征构建出提升和约束算子，利用二阶Adams-Bashforth数值法的预测—校正优点实施伸缩式投影外推处理。通过不同影响因素下的动态仿真实验揭示了SOFC内部更为真实的电化学特性。　　本文实现了先进能源系统中几种反应扩散现象的伸缩式投影积分多尺度仿真，仿真结果表明用于模拟反应扩散的伸缩式投影积分不仅有力化解了以往细微单尺度模拟中出现的内存开销巨大及CPU耗时过长的难题，而且还从细微底层出发通过尺度间耦合更为真实地揭示了反应扩散内在特性，为实现先进能源系统中更复杂和更细微层次的反应扩散模拟研究奠定了基础。另外，将粗粒化投影积分仿真理念拓展运用于先进能源系统的其他物理化学现象中，也是今后一个重要的研究方向，以建立起针对于先进能源系统的多尺度模拟通用框架。