相变储能材料具有储能密度大、工作温度变化范围小以及受热时发生固态—液态—固态周期性存储和释放能量的特性,已经应用到建筑节能、电池热管理、太阳能发电等众多领域。然而大多数的相变材料由于导热系数较小,很大程度上影响了其在蓄热和放热过程中的速度,因此提高相变储能材料的导热性能具有重要的意义。在相变储能材料中加入高导热性能的骨架材料,为解决相变材料这一不足提供了有效方式。本文采用三维格子玻尔兹曼方法(LBM),在分析固液相变过程和相界面发展、演化规律,以及多孔介质渗流和多相流理论的基础上,建立了描述糊状区的两区域模型,即在糊状区中低含液率区域,采用扩展达西渗流模型;在糊状区中高含液率区域,采用多相流模型。并对建立的数学模型进行了验证,验证结果与经典文献有很好的一致性。基于建立的两区域模型,首先对腔体内的纯相变材料融化蓄热过程进行了数值模拟。结果表明:1)随着无量纲参数Ra数的增加,腔体内自然对流引起的热浮升力增加,糊状区发生弯曲,并出现上窄下宽的形状,相变材料融化速率提高;2)随着Ste数的增加,腔体内相变材料自然对流换热能力增强,在相同的时间下,融化速率越快;3)随着相变温度半径θR的增加,糊状区逐渐变厚,相变材料融化速率逐渐变慢,但θR对腔体内相变材料的传热影响不大。在分析纯相变材料融化蓄热的基础上,采用三周期极小曲面方法(TPMS)生成了均匀和非均匀固体骨架物理模型,把固体骨架物理模型添加到相变材料中,基于孔隙尺度分析骨架对固液相变过程以及糊状区发展、演化的影响。结果表明:1)骨架导热系数越高对相变材料融化蓄热影响越大,当导热系数比为10、50、100工况下,融化时间分别缩短了 12%、28%、31%;2)多孔介质复合材料孔隙率越低,复合相变材料的有效导热系数就越高,其融化蓄热速率也越高,在孔隙率为0.95、0.90、0.85的工况下,融化时间分别缩短了 13%、18%和24%,相变温度场的均匀性也随之增加,但骨架的添加一定程度上削弱了相变材料的自然对流;3)非均匀多孔介质的添加不仅加快了融化速度,而且使腔体内温度场分布更加均匀。