1、泡沫金屬內固液相變傳熱的研究在儲能、建筑節(jié)能、新能源利用、制冷與空調、航天科技、電子器件冷卻等領域有著重要的理論意義和應用價值。由于泡沫金屬的結構復雜性及固液相變過程的非線性特征，泡沫金屬中固液相變傳熱機理研究尚不充分。為此，本文以開孔泡沫金屬內固液相變傳熱過程為研究對象,開展以介觀計算方法—格子Boltzmann方法為主要研究手段的數(shù)值模擬研究，并輔助以必要的理論分析和實驗研究。
　　 首先，基于表征體元(Representa

2、tiveElementaryVolume，REV)尺度和孔隙尺度的連續(xù)性方程、動量方程和能量方程，建立了開孔泡沫金屬中固液相變傳熱與流動過程的數(shù)學模型。其中，REV尺度能量方程采用雙溫度模型以考慮泡沫金屬骨架與填充介質之間局部熱非平衡效應，流動過程的控制方程選用Brinkmann-Forchheimer-Darcy通用滲流模型，相變過程采用焓法加以處理。
　　 在數(shù)學模型基礎上，從固液相變傳熱與有內熱源的導熱過程的相似性出發(fā)，把

3、源強化傳熱概念及對流換熱的場協(xié)同理論引入到非穩(wěn)態(tài)固液相變傳熱研究中，推導了表面換熱平均Nusselt數(shù)的解析表達式，對泡沫金屬內固液相變傳熱強化提供了新的分析思路。另外，針對泡沫金屬內固液相變過程中局部熱非平衡效應進行了理論分析，提出了表征局部熱非平衡效應的理論關聯(lián)式，理論分析表明:相變過程加大了局部熱非平衡效應，局部熱非平衡效應不僅與Sparrow數(shù)、有效熱容比有關，還與Stefan數(shù)等相關。
　　 在數(shù)學模型求解上，發(fā)展了與

4、泡沫金屬內流動及傳熱多尺度研究相適應的介觀數(shù)值計算方法—格子Boltzmann方法(LatticeBoltzmannmethod，LBM)，并通過選擇合適的平衡態(tài)分布函數(shù)及非線性源項形式，建立了REV尺度和孔隙尺度的多分布函數(shù)熱格子Boltzmann方法模型，并通過大量的數(shù)值實驗，模型或方法的有效性得到了驗證。
　　 基于REV尺度針對泡沫金屬內固液相變傳熱過程進行了數(shù)值模擬研究，系統(tǒng)地分析了Rayleigh數(shù)Ra、Darcy數(shù)

5、Da、Prandtl數(shù)Pr、Stefan數(shù)Ste、骨架導熱系數(shù)比、孔隙率、孔密度、局部熱非平衡效應等因素對相變傳熱的影響。REV尺度模擬結果表明:(1)相變畜熱系統(tǒng)中加入開孔泡沫金屬一方面可提高系統(tǒng)的導熱性能，但另一方面也導致了自然對流傳熱一定程度上被抑制;(2)自然對流對融化相變過程有著重要的影響，且隨Ra增大而增大，但換熱增強的程度卻逐漸減弱，這主要因為速度場與溫度梯度場協(xié)同程度逐漸變差的緣故;(3)與低孔隙率多孔介質相比，泡沫金屬

6、系統(tǒng)中非Darcy效應通常比較明顯，自然對流對相變傳熱影響并不能獨立地決定于多孔介質無量綱參數(shù)綜合Rayleigh數(shù)Ratotal，還有Da值范圍相關;(4)在固定孔隙率的情況下，孔密度的增加意味著換熱面積的增加，但同時也會導致液相自然對流流速的下降，其值增加是否能強化相變傳熱則與液相自然對流強度有關，LBM模擬研究深化了人們對孔密度變化對相變傳熱影響的認識;(5)局部熱非平衡效應與許多因素相關，其存在將導致泡沫金屬強化傳熱性能的降低。

7、
　　 基于人工構造的二維及三維泡沫金屬結構模型，從孔隙尺度對泡沫金屬內固液相變過程進行LBM模擬，揭示了微觀孔隙尺度下固液相變傳熱及流動特征，分析了孔隙率、孔密度、骨架纖維形狀、結構缺陷等結構相關參數(shù)對相變傳熱的影響?？紫冻叨鹊难芯勘砻鳎谙嘧兦把貐^(qū)域泡沫金屬骨架附近的相變材料通常首先發(fā)生相變（融化或凝固），然后以骨架為中心其相變范圍不斷得以擴大，這說明該區(qū)域骨架導熱在相變傳熱中占有主導作用，而自然對流傳熱地位居次?？紫堵始翱?/p>

8、密度對相變傳熱影響的孔隙尺度分析與REV尺度分析結論是基本一致的。相比骨架纖維斷面為方形或圓形的泡沫金屬，三角形骨架纖維的泡沫金屬具有更好的換熱性能。孤立分布的固體顆粒物及骨架斷裂等結構缺陷在不同程度上降低了理想結構泡沫金屬材料的傳熱性能。
　　 在實驗研究方面，采用光學顯微及紅外熱成像技術開展了泡沫金屬內固液相變傳熱的可視化實驗，觀測了泡沫金屬微觀孔隙結構下固液相變傳熱與流動特征。可視化實驗研究進一步揭示了微觀孔隙結構下相變材