室温液态金属是近年来新兴的一类高性能热管理材料，基于液态金属的热管理技术打破了传统冷却技术的性能极限，给大量面临“热障”难题的器件和装备的冷却提供了全新的解决方案，在国防、航空航天、能源系统以及消费电子等领域发挥着越来越重要的作用。作为液态金属热管理技术当中的一个重要组成部分，基于低熔点金属相变材料的储热与温控技术在近年来备受关注，特别是在应对极端高热流热冲击方面，低熔点金属相变材料展现出极大的优越性和不可替代性，这主要得益于其优异的传热和储热能力。目前，针对低熔点金属相变材料的研究尚处于起步阶段，其中仍有许多基础共性的问题有待阐明。本文围绕低熔点金属相变材料，特别是其相变传热特性和应用方面，展开了系统深入的探索，在固液相变传热理论分析、热物性测量方法、基本传热规律揭示、数值计算模型、高性能热控装置开发和实验测试等方面开展了一系列研究工作，主要包括:
　　(1)理论方面，从热力学角度出发，给出了第二类边界条件下一维固液相变传热问题的改进型准稳态近似解，提高了传统准稳态近似法的精度，丰富了固液相变传热问题的求解方法，物理意义明确，可直接用于实际工程问题的初步分析和计算。此外，给出了相变材料优值系数的定义，用于定量评价相变材料的热控性能，为高性能相变材料的筛选提供了理论依据。
　　(2)物性测量方面，基于固液相变传热理论分析，提出了一种新型的相变材料热物性测量方法，可以通过一次测试快速获得包括熔点、相变潜热、固液相比热和热导率在内的多个主要热物性数据，摆脱了对价格昂贵的进口DSC和HotDisk等测量仪器的依赖，为快速获取并建立低熔点金属相变材料热物性数据库提供了测量技术支撑。
　　(3)通过参数化数值模拟研究，揭示了低熔点金属固液相变传热过程的典型特征，总结了其相变传热的一般规律，并给出了相应的无量纲关系公式和曲线及其适用条件，研究结果对于深刻认识低熔点金属相变传热基本特性和指导相应的高性能热控装置的开发具有重要参考价值。
　　(4)数值计算模型方面，针对对流型固液相变传热问题，介绍了一种高效高稳定性的双分布函数多松弛因子格子Boltzmann计算模型，利用Matlab编写了相应的计算代码，并通过与经典的基准解和实验结果对比证实了模型和代码的可靠性和精确性。利用这一模型，探究了低熔点金属Rayleigh-Bénard对流型熔化过程并揭示了其一般规律。此外，基于对低熔点金属相变传热特性的深刻认识，提出了一种针对低熔点金属相变热控模块的简化数值计算模型，该简化模型与实验结果匹配良好，具有较高的计算速度，可大大节省计算时间成本，可广泛应用于低熔点金属相变热控设备的开发和优化设计。
　　(5)高性能热控装置搭建和测试方面，制备了共晶合金Bi31.6In48.8Sn19.6(E-BiInSn，熔点60.2℃)，并测量了其主要热物性数据;搭建了通用的相变热控测试平台，对比测试了基于E-BiInSn和传统有机相变材料十八醇的相变热控模块的热控性能，证实了低熔点金属相变热控技术的优越性。面向热流密度高达102W/cm2（热冲击时间10-1-100s）的极端高热流冲击情形，设计了内翅片强化的低熔点金属热沉模块，并基于简化的数值计算模型对该热沉进行了参数化优化设计，获得了热沉结构优化几何参数的推荐值和优化结构下的热沉性能预估曲线。面向热功率高达102-103W（热冲击时间101-102min）的极端高热量冲击情形，开发了低熔点金属/翅片热管复合相变热沉，测试并优化了其热控性能。同时，测试了E-BiInSn与常用结构材料之间的相容性，以及千次热循环后的材料热稳定性。
　　(6)提出了基于液态金属的组合传热学概念，阐明了构筑基于液态金属的复合冷却技术的一般原则和方法，为构建全新的应对复杂冷却需求的高性能冷却技术提供了基本的指导思想。作为典型案例，针对安静工作场合下的抗冲击热控需求，分析了一种低熔点金属相变材料/空气自然冷却复合热沉结构，建立了其瞬态传热理论分析模型，并基于此给出了该复合抗冲击热沉的一般设计流程。
　　本文的研究结果对于深刻认识低熔点金属相变材料的基本传热特性和推动其实际应用具有指导意义，其中给出的一些基础共性的结论不仅可用于指导低熔点金属相变热控技术的开发，也对低熔点金属储热/蓄冷技术的研究具有一定的借鉴意义和参考价值。