随着化石燃料的逐渐枯竭和温室气体排放的增加，大规模开发和利用清洁能源已成为能源转型的关键环节[1]。然而，许多清洁能源（如太阳能和风能）的可用性高度依赖于天气条件[2]，其供应往往与系统能源需求不同步，导致系统稳定性较差[3]。研究表明，高效的能量储存技术是解决能源供需时空不匹配问题的最直接手段[4]。与显热储存相比，潜热储存因具有更高的能量储存密度和更稳定的系统运行温度而得到广泛应用[5]。相变材料（PCMs）是潜热储存技术中最常用的介质[6]。
潜热热能储存系统的整体性能受到PCM能量储存速率的显著影响。在实际工程应用中，PCM通常被封装在特定容器中，如矩形[7]、圆柱形[8]、球形[9]或三角形[10]容器。常用的热传递流体（HTFs）包括空气[11]和水[12]。在热传递过程中，HTF首先通过传导和对流与PCM容器外壳进行热交换，然后热量从外壳传递到内壳，最终传递给PCM。对于最常见的固液PCM（如石蜡[13]、脂肪酸和水合盐[14]），PCM内部的主要热传递机制是相变开始后由密度差异引起的自然对流[15]。例如，Ding等人[16]发现，通过自然对流可以改善PCM散热器的冷却性能约50%。因此，许多研究人员致力于通过改进这些热传递过程来提高PCM与HTF之间的热传递效率[17]。
提高PCM内部传导的一种常见方法是增加其热导率[18]。例如，Harish等人[19]将未经改性的碳基纳米材料掺入石蜡中，发现复合材料的热导率大约翻了一番，显著提高了PCM内的导热速率。Zhang等人[20]发现，在石蜡中添加三维金刚石泡沫使其热导率提高了25.8倍。同时，许多研究专注于增强PCM内的自然对流以加速其熔化和固化速率。例如，Ding等人[21]证明，在石蜡中添加合金滴可以显著增强熔化过程中的自然对流。Mahdi等人[22]将矩形PCM容器分隔开，发现这种方法增强了内部自然对流，使PCM熔化时间缩短了68%。此外，许多研究旨在增加热传递面积以加快HTF与PCM之间的热传递速率。He等人[23]通过穿孔螺旋翅片将潜热储存单元的热效率提高了63.4%。Senthil等人[24]比较了不同结构翅片的热传递效果，得出结论认为较大的翅片面积具有更好的热传递性能。Wang等人[25]和Song等人[26]通过在PCM容器内加入仿生结构来增强热传递。
总体而言，现有研究主要集中在修改PCM本身或PCM容器的结构上。作为HTF与PCM之间热交换的介质，PCM容器的物理性质直接决定了它们之间的热传递效率。然而，当前研究大多关注容器的热导率[27]，而对其他物理性质关注较少。润湿性从根本上定义为液体由于分子间相互作用而与固体表面保持接触的能力，是一个关键但被忽视的参数。在许多情况下，PCM容器内的自然对流在热传递过程中起着至关重要的作用[28][29]。在这些条件下，PCM容器的表面润湿性可能影响自然对流的启动和发展，从而直接影响潜热储存单元的热交换效率。具体来说，PCM容器内表面的润湿性可能会影响熔化过程中液态PCM核从固体表面的脱离效率以及固化过程中的成核效率。在其他相关领域也有类似的发现。例如，Attinger等人[30]总结了表面改性对三种主要相变热传递过程的影响，指出超疏水表面可以加速液滴脱落，而两亲性表面可以促进受控成核和液滴传输。他们建议通过结合材料微/纳米制造与热传递科学来为不同场景开发定制的表面设计框架。Paulo等人[31]喷涂了两亲性涂层以减小接触角，从而提高了PCM在固体表面的膜形成效率。Park等人[32]提出了一种设计策略，在外表面采用多孔微结构以增强沸腾效果，在内表面采用疏水涂层以增强冷凝效果。同时，他们证明了这种方法在提高两相热交换装置的热传递效率方面的有效性。
对于潜热交换器，内表面的润湿性可能会有很大差异。例如，不同PCM容器材料的表面润湿性可能相差很大。在一些潜热交换器中，为了防腐蚀或防锈，涂覆聚四氟乙烯（PTFE）和全氟烷氧基烷烃（PFA）等表面涂层也会显著改变液态PCM与容器之间的接触角。然而，关于不同表面润湿性如何影响PCM热能储存过程的定量确定仍存在关键的研究空白。
因此，本研究探讨了PCM容器内表面润湿性对常见固液PCM热能储存过程的影响。这项研究预计将为潜热交换器的材料选择和表面改性提供关键见解，为创新的热传递增强技术奠定基础。
