固液相变拥有能量密度大,相变过程温度变化范围小,所需装置简单等优点,这些年来,在生活、生产、军事等各个领域得到了广泛的应用。其中,基于固液相变原理的蓄能及热控技术是固液相变过程的两个重要应用方向。目前,国内外对于固液相变机理及强化方法的研究已经获得了一定进展,但是相变过程中液相区自然对流的作用机制与影响规律还未被充分揭示;传统肋片强化固液相变过程中肋参数的定量影响规律也亟待深入认识;另外,相变材料的强化换热手段还需要进一步丰富。因此,本文面向固液相变的工程应用,采用数值模拟和实验观测相结合的方法,针对固液相变蓄能与热控装置中的相变传热机理和强化换热方法开展深入研究,重点探究自然对流对固液相变传热过程的作用机理,阐明肋参数对强化固液相变过程的定量影响规律,并据此寻求固液相变强化传热手段。本文的主要研究内容以及研究结论如下:(1)采用焓-多孔介质方法建立了考虑自然对流过程的冰蓄冷模型,并利用田口方法,设计正交数值试验方案。据此,数值模拟研究不同初始水温以及不同肋片参数情况下肋片式套管固液相变蓄冷装置蓄冰过程的传热特性,揭示自然对流对蓄冰传热过程的影响机理,并重点阐明肋片结构参数对蓄冰过程的交叉影响规律。研究结果表明:自然对流对蓄冰过程有着重要的作用,相比无自然对流的情况,自然对流强化了蓄冰腔内工质的掺混,使得蓄冰过程中液态工质区域内的温度分布更加均匀,特别是它可以将蓄冰管以及肋片传递到固液界面处的冷量带走,使得用于蓄冰过程潜热吸收的热量相对减少,从而减缓了蓄冰过程;当水区域的初始温度高于4℃时,水区域会产生密度翻转;随着肋片管蓄冰装置内蓄冰过程的进行,肋片参数对蓄冰过程影响的重要程度存在差异,肋厚和肋数对蓄冰过程的强化作用在蓄冰前期体现的更为明显,但是随着蓄冰过程的进行,肋高对蓄冰过程的强化作用显得越来越重要,因此,相对于增加肋厚和肋数,增高肋高对蓄冰过程后期的蓄冰更加行之有效。初始温度不同,肋片几何参数的主次因素也会变化,随着Ste数的增大,肋厚对蓄冰前期的蓄冰强化作用越来越重要,而肋高的蓄冰强化作用则被削弱,但是在蓄冰后期,Ste数的影响则可以忽略。(2)设计了内部耦合有平肋的铝基固液相变热沉,并搭建了热沉传热特性的实验测试平台,开展了不同平肋几何参数、热负荷、相变材料充注率等工况条件下热沉传热性能的实验测试,着重讨论了耦合肋片对固液相变加热阶段传热性能的强化效果与机理,并分析了肋片参数、热负荷及相变材料充注率对热沉散热强化效果的影响规律。实验研究结果表明:在不同热负荷下,相变材料熔化吸热有效控制了热沉的温升,热负荷越低,则由于相变材料填充带来温度平台期越长;肋片的加入可有效提升相变材料的表观导热性能和相变材料腔内的热扩展比表面积,进而强化热沉的散热性能;在金属量不变的前提下,随着肋片数量增多,热沉基部在同样工况下散热效果更好,热沉基部到达同一 SPT的时间越长,肋片强化因子、当量导热系数以及热容量随之提高;热负荷越高,增加肋片数量对热沉散热性能的提升越明显;提高热沉中相变材料充注率可以有效发挥肋片换热效能提升对热沉散热性能的强化效果。(3)在平肋型固液相变热沉的相变材料腔中复合多孔泡沫金属铜,实验测试复合多孔泡沫金属对热沉散热性能的强化效果,并且通过比较复合有不同参数泡沫铜的热沉散热性能间差异,重点考察泡沫金属铜的孔隙率和孔密度对强化热沉散热效果的影响规律。复合了泡沫金属的热沉在相同工况下散热性能更好,热沉基部到达同一温度水平所需时间越长,热沉的当量导热系数越高;孔隙率越低,热沉在相同热负荷、同一时刻下的温度相对越低,当孔密度固定时,泡沫金属孔隙率越低就意味着其金属骨架越粗,使得骨架对相变材料的导热强化作用增强;泡沫金属骨架带来的强化导热作用与抑制自然对流的作用相互博弈,使得在相变材料熔化的不同阶段,其对热沉散热带来的强化作用有所差异:降低孔隙率以及提高孔密度对于Melting中前期强化因子的差异较大,在Melting后期孔隙率以及孔密度改变对热沉的强化作用差异不大。