近日，课题组在微胶囊相变材料悬浮液的液—固两相流动与传热机理研究方面取得重要进展，相关成果以《A two-phase flow and heat transfer model for microencapsulated phase change material suspensions》为题，在国际流体力学领域权威期刊《Physics of Fluids》上发表。论文第一/通讯作者为指导教师周文宁副教授，第二作者为硕士生李昌胜同学，合作研究者为方娟副教授和刘训良教授。

该研究针对相变微胶囊悬浮液在自然对流环境下的流动与传热行为，相对于广泛采用的单相流动简化模型，本研究采用耦合格子Boltzmann方法(LBM)与离散元方法(DEM)，建立了微胶囊悬浮液的液—固两相流动—传热模型。通过引入部分饱和单元法捕捉固液界面运动，并采用等效比热容法模拟微胶囊颗粒的相变过程，系统研究了微胶囊浓度、Rayleigh数、相变温度及颗粒尺寸对悬浮液流动与传热性能的影响。

研究结果表明，微胶囊的加入显著提升了悬浮液的有效比热容，其热性能与流动稳定性受颗粒浓度、Rayleigh数和颗粒尺寸的协同影响。在适中浓度下，悬浮液能在增强热容与保持流动稳定性之间达到最佳平衡。此外，研究还发现当相变温度接近腔体平均温度时，潜热释放效率最高，为微胶囊相变材料在热能存储与热管理系统中的优化设计提供了重要理论依据。该研究不仅揭示了微胶囊相变材料悬浮液的复杂流动传热传递机制，构建的基于LBM–DEM的固—液两相流动传热模型也可拓展应用于含固体颗粒复杂两相流动及传热的相关研究领域。

图1 不同瑞利数条件下相变微胶囊颗粒的流动与相变过程：(a) Ra = 10⁴; (b) Ra = 10⁵.

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0304293