潜热储能模式的相变材料在航天器热控方面具有很大的优势,但低热导率和易泄漏的缺点严重制约了相变材料在储能和热管理方面的应用。高热导率的石墨烯材料为高性能相变复合材料的发展提供了新的机遇。本文利用石墨烯材料构建宏观导热骨架结构,同时实现了对相变材料导热性能的提升和液相的封装,成功制备了石墨烯基相变储能复合材料。针对石墨烯泡沫特征形貌,构建表征体单元,利用有限元方法对复合材料导热机理进行研究。首先制备了石墨烯泡沫基相变储能复合材料,并利用有限元方法对其进行导热机理分析。以氧化石墨烯水溶液为原料,利用定向凝固冰模板法结合还原和热处理技术,制备了石墨烯泡沫,填充石蜡后获得了复合材料。石墨烯泡沫呈现出有序分布的蜂巢状微孔结构,单位质量分数石墨烯泡沫可对基体相变材料带来214%的热导率增长率,而构成石墨烯泡沫孔壁的微片热导率可达74.06-110.94W/mK,从而提高了相变材料的吸/放热速率。模拟分析表明,孔壁热导率和界面热阻是影响复合储能材料热响应的关键因素。然后在结构中引入石墨烯导热膜,获得内嵌定向导热膜的复合材料,以进一步强化复合材料内的传热过程。该材料以0.94wt%的质量代价获得了24.71倍的热导率提升,相当于单位石墨烯含量使相变材料热导率提高了2628%,对相变材料热传导增强效果显著。最后,在给定工况下利用Fluent软件中的熔化/凝固模型对复合材料相变传热过程进行模拟,以分析不同石墨烯骨架对相变材料热响应速率的影响。结果表明石墨烯膜的加入大大降低了复合材料厚度方向的温度梯度,使热响应效率得到极大提升。