固-液相变材料的高潜热及高稳定性等优点使其在储能及温控领域应用广泛,但是低的导热系数严重限制了相变材料的大规模应用。合理植入高导热材料可以有效克服其导热系数较低的缺点,大幅度提高相变材料利用率。但目前的研究仍多停留在高导热材料的直接应用上,缺乏可行的结构设计。增材制造的迅速发展可为导热增强体的构型设计提供强有力的技术支持。本文从热传导与热对流两个增强机制出发,对内嵌导热增强体结构进行合理的构型设计与性能分析。首先设计并利用增材制造制备了内含梯度多孔金属的相变温控装置,通过数值分析与实验对比验证了通过梯度设计进行导热增强的有效性;其次通过特殊的翅片结构设计探讨了自然对流对多孔金属导热增强的相变换热性能的贡献;最后,针对典型工程应用,设计了一种考虑两种不同增强机制作用的结构设计方案并对其性能进行评估。具体研究内容如下:(1)内嵌梯度多孔金属的增材制造相变温控装置数值与实验研究。本文首先建立了一种针对内嵌梯度多孔金属的增材制造相变温控装置的三维数值分析模型,同时为了验证数值模型的有效性搭建实验平台进行实验探究。数值结果表明:在不同的工况(加热功率)下仿真与实验结果均具有很好地一致性,证实了方法的有效性。然后以关键点的温度为评价标准,讨论了封装结构存在及壁厚、多孔介质孔隙率梯度分布等设计因素对相变温控的影响,结果表明封装结构的存在与否以及壁厚对相变温控的影响很大。相对于均匀金属多孔介质,合理的梯度设计能够明显提高相变材料的温控能力。(2)考虑自然对流强化作用的相变导热增强体结构设计。导热增强体的引入使得液态相变材料的自然对流减弱,特别是具有大比表面积的多孔金属材料严重抑制了自然对流的产生,使得热传导成为传热的主要机制。本文通过数值方法,研究了内含导热增强体的相变换热过程中自然对流的增强作用,目的是探讨在相变换热过程中同时发挥热传导和自然对流两种强化机制的可能性。研究结果表明:自然对流的存在对相变换热过程的影响不能忽略,同时发挥两种强化机制可以突破纯热传导下相变换热能力的极限。(3)基于多传热增强机制的典型工程相变温控器设计。功能需求的增加使得CCD组件面临的热环境日益严苛,相变材料的高潜热、良好的稳定性使得相变散热器相对传统散热方式优点更为突出。本文以更低的温度水平、更小的温升速度、更长的可工作时间为优化目标,考虑导热肋的梯度设计、相变材料融化的自然对流的基础上对某型CCD组件进行构型设计,结果与他人文献相比,在各个优化目标参数上均有所提升,证明了此构型设计的有效性。