固液相变材料具有高潜热、相变过程温度恒定等优点,被广泛应用于新能源热能存储和功率设备温度调控等领域。但是,相变材料的导热系数普遍较小,导致系统的传热速率较慢。针对相变材料固液相变传热特性及强化机理,本文通过格子Boltzmann方法研究了热流体密度分布、肋片位置、高导热粒子体积分数等因素的影响规律。此外,本文构建并验证了柱坐标系固液相变格子Boltzmann模型、伪焓法固液相变格子Boltzmann模型、焓转化法固液相变格子Boltzmann模型和固液相变离散统一动力学模型,提高了固液相变格子Boltzmann模型的精度。本文主要研究内容和结论如下:(1)针对方腔内的固液相变过程,建立了固液相变格子Boltzmann模型,并利用非均匀热流边界强化相变材料的传热速率。在方腔壁面上分别施加均匀热流、线性热流和二次热流,研究了热流密度分布对相变材料温度分布和相变界面位置的影响规律。在此基础上,通过旋转方腔改变自然对流路径,对传热速率进一步强化。结果表明,在线性热流分布控制参数为0.006时,将方腔逆时针旋转15o可将相变材料液相率相较于无倾斜情况增加了0.4%。(2)针对电池在低温环境下的保温问题,建立了低温相变材料电池温度调控格子Boltzmann模型,研究了相变材料导热系数、相变潜热等热物性对系统保温性能的影响规律。在此基础上,将相变材料应用于肋片加热的储能系统中,并通过格子Boltzmann模型揭示了肋片位置、尺寸及方腔倾斜角度等对相变材料温度调控性能的影响。结果表明,在低温环境中,提高相变潜热比降低导热系数能更好地满足保温需求。在肋片加热数值模拟中,将方腔倾斜角度从30o增加至45o会削弱肋片右壁面换热,使相变材料熔化减慢。(3)为提高材料的传热性能,将高导热纳米复合材料分别应用于主动式温度调控和潜热储能中,并研究了纳米颗粒体积分数对温度调控性能和热能存储速率的影响规律。在此基础上,为削弱容器上部由于自然对流引起的热量积聚,提出采用分离隔板的方式强化相变材料换热。结果表明,在采用体积分数1%纳米颗粒时,将分离隔板放置在容器水平中心线上的熔化时间比无分离板工况降低5.5%。(4)针对柱坐标系的固液相变过程,建立了柱坐标系固液相变格子Bolzmann模型,并利用一维固液相变和柱坐标系熔化自然对流问题的求解对模型进行验证。基于柱坐标系模型,构建了球形胶囊内的固液相变格子Boltzamann模型,并研究了外壁面非均匀温度分布对固液相变的影响规律。结果表明,增加外壁面线性温度分布的斜率会使球形胶囊上部相变材料熔化加快,并导致固液相变界面往下移动。(5)为消除基于焓法的格子Boltzmann模型在Chapman-Enskog多尺度分析中引入的误差,建立了改进焓法模型,削弱了由于额外的时间偏导源项导致的相变材料熔化速率加快。在此基础上,基于伪焓理论,建立了伪焓固液相变格子Boltzmann模型,省去了焓法模型中求解温度和液相率的迭代过程。(6)为获得连续可微的焓与温度关系,在焓转化模型的基础上,提出了焓与温度的多项式函数。在熔化自然对流问题的求解中,对比分析了多项式函数、线性函数与双曲正切函数焓转化法模型的特性。结果表明,由于线性函数的等效比热容为一定值,其液相率变化曲线较多项式函数和双曲正切函数更光滑。但是,多项式函数更符合差示扫描量热仪曲线。(7)为克服传统格子Boltzmann模型在处理复杂曲线边界上的弊端,构建了固液相变离散统一动力学模型,并通过多孔板流动与传热、一维双区域相变、一维恒流加热和熔化自然对流问题的求解验证了模型的正确性。该模型可采用非均匀网格,在加密网格中可更精确地还原流场和温度场信息。除此之外,该模型将碰撞过程隐含在新分布函数的更新中,可避免相界面效应。综上,本文揭示了固液相变传热强化规律,并尝试推广了Boltzmann方程在固液相变问题求解的应用,对提高热能存储和温度调控速率有重要意义。