晶体材料在工业生产尤其是航空航天和微电子领域中被广泛应用,随着空间技术的发展,人们已经发现在微重力条件下由于浮力效应被极大地削弱,容易制备出成分均匀、性能优良的晶体材料。然而在这种情况下由表面张力驱动的毛细对流成为影响晶体生长的主要因素。本文对水平温度梯度和浓度梯度作用下的矩形液池内单层或双层流体热-溶质毛细对流进行了格子Boltzmann数值模拟（LBM）,首先,基于频谱分析和监测点水平流速振荡幅度的分析,研究了液封对熔体毛细对流稳定性和流动强度的影响。其次,研究了毛细雷诺数Re对双层流体热-溶质毛细对流的转变路径以及流体传热传质的影响。最后,我们分别讨论了双层流体特性和液封流体特性对流动和传热传质的影响,主要包括普朗特数Pr、刘易斯数Le、溶质毛细雷诺数和热毛细雷诺数的比Rσ、格拉晓夫数Gr、纵横比Ar、热扩散系数比α、质量扩散系数比D、密度比ρ、运动粘度比ν、膨胀系数比β、毕渥数Bi和高度比h等,具体内容如下:首先,研究了液封对矩形液池内单层热-溶质毛细对流稳定性和流动强度的影响,并讨论了双层热-溶质毛细对流的振荡机理及流型转捩问题。结果表明:当Rσ=-1、Le=100时,热-溶质毛细对流是由于逆时针和顺时针旋转的流胞在冷壁面自由表面和界面附近交替产生而驱动的振荡流动,这对旋转反向的流胞将逐渐膨胀左移,最终消失于热壁面附近。液封对界面流动既能产生抑制作用（当界面毛细雷诺数Re₁与自由表面毛细雷诺数Re₂的比λ较低时）也能表现促进作用（当λ较高时）;当λ较小时,液封层和熔体层流动的耦合作用,将促使流动发生失稳,随着λ的增加,液封可以提高界面流动的稳定性。当λ=0.5时,随着Re₂的增加,矩形液池内双层热-溶质毛细对流的转变满足准周期路径,流动强度、平均努塞尔数Nu和平均舍伍德数Sh随Re₂的变化是非线性的。其次,探究了双层流体特性对双层热-溶质毛细对流稳定性及流型转变的影响。结果表明:随着Le和Pr的增加,振荡频率增大而稳定性降低;自由表面流速增加,界面流速先减小后增加;流体传热传质速率逐渐增加。随着Rσ的增加,流动稳定性增加,传热传质速率增加。微重力环境可以提高流动的稳定性,当Gr继续增加时,流动稳定性降低。浅液池可以提高流动的稳定性,但振荡频率较大。当液封或熔体层液深较大且总高度不变时,流动主要受到液封或熔体流动的影响而表现为周期流动,当它们的深度相近时,液封和熔体流动的耦合促使流体做准周期流动,振荡频率随着h的增加而减小。最后,研究了液封流体特性对双层流体热-溶质毛细对流稳定性及流型转变的影响。结果表明:随着α和D的增加,流动从准周期流动转变为周期流动,稳定性提高;在周期流动范围内存在一个合适的α和D值使界面流动最慢,液封的抑制效果最好。随着ρ的增加,流动类型从准周期流动逐渐转变为周期流动,稳定性提高;在周期流动时,同样可以发现一个ρ值使液封的抑制作用最强。在0.1≤ν≤1.25的范围内,流动类型经历三次转变,依次为周期流动、准周期流动、周期流动再到准周期流动,在ν=0.5附近存在一个合适的ν值使系统的稳定性最高;高粘度的液封对熔体具有更强的抑制作用。在微重力环境中,稳定性随着β的增加而提高;自由表面流动逐渐增强,界面流动减弱;流体传热传质速率增加。当自由表面与环境发生热量交换时,在0≤Bi≤1.5的范围内,流动都是准周期模式,频率减小而稳定性提高;界面和自由表面流动随Bi的增加而逐渐增强,流体传热速率增加,而传质速率降低。