固液相变过程广泛存在于工业余热回收、电子设备热管理和太阳能储存等工业实践中,研究固液相变过程的基本特性对于工业生产实践具有指导性意义。研究发现在自然状态下固液相变过程往往进行非常缓慢,这限制了固液相变储能技术在太阳能的高效与快速储存中的应用,如何提升相变材料的融化速率是当前的一个研究热点。当前的固液相变数值模拟研究往往假设固相区不发生导热,数值模拟的结果与实际过程相去甚远,无法全面地探究固液相变过程的基本流动、传热和熔化特性。考虑到以上情况,首先不考虑固相区导热,对比研究了镓和锡在侧壁加热和底部加热下的熔化特性,随后研究了考虑固相区导热影响的不等温下金属镓的熔化和凝固过程,对比考虑和不考虑固相区导热条件下的熔化特性。固液相变的强化技术可以分为被动强化技术和主动强化技术。针对被动相变强化技术,本文提出采用不产生额外能耗的加热模式提升融化效率,该方法通过改善热壁面附近速度场与温度梯度场的协同增强对流换热,从而加速相变进程。针对主动相变强化技术,本文采用额外能耗较低的电场强化技术,研究电对流作用下相变材料的熔化过程。本文主要开展了以下研究:根据格子Boltzmann方法的基本理论,给出在固液相变数值模拟中采用的两种格子Boltzmann模型,分别是针对等温熔化的格子Boltzmann模型,和消除了数值扩散的不等温相变的格子Boltzmann模型。针对电场强化固液相变,给出Maxwell方程组和电场作用下的Navier-Stokes方程组并进行无量纲化,建立速度场与温度场双向耦合的电对流强化固液相变格子Boltzmann模型,并利用Chapman-Enskog分析将格子Boltzmann方程恢复到宏观方程。数值模拟侧壁加热和底部加热两种加热方向形成的相变自然对流和相变Rayleigh-Bernard对流过程的流动、传热和熔化特性,发现在高瑞利数下底部加热总是比侧壁热熔化得快。采用改进后的模型模拟了考虑固相区导热的情况下镓的熔化和凝固过程,对比了施加于冷壁面上的定温和绝热两种边界条件,发现在定温边界条件中相变材料无法完全熔化,而在相变储能系统中应该采用绝热边界条件。研究发现在不等温熔化过程中流动和传热特性与等温熔化过程有较大差异。通过对循环的熔化-凝固充放热过程进行模拟,发现相变材料可以正常进行多次循环的充放热过程而不发生其他变化。在均匀壁温加热模式的基础上,进行了新型加热模式强化固液相变与场协同分析。新型加热模式包括上升壁温、下降壁温、凸出壁温和凹陷壁温四种加热模式。对比分析了各个工况下的熔化效率,发现采用底部加热并实施凸出壁温熔化效率最高。为了探究不同加热模式造成熔化效率不同的原因,采用场协同原理对熔化过程的对流换热进行评价,发现造成效率不同的原因是不同加热模式改变了速度场与温度梯度场之间的协同效果。模拟了电对流强化固液相变过程,分析了基本流动、传热、融化和电荷密度分布等基本特性,探究了电瑞利数、无量纲电荷迁移率、电荷注入强度和无量纲电荷扩散系数对熔化过程的影响。模拟了不同加热方向和电荷注入方向下相变材料的熔化过程,发现采用侧壁加热侧壁注入电荷比底部加热底部注入电荷熔化更快,同时对不等温熔化过程有显著强化作用。