储能技术凭借能够有效解决能量供求双方在时间和空间上不匹配的优势,被广泛应用到诸如太阳能利用、建筑节能、工业余热回收、供暖空调系统、电子元件冷却等领域。但目前,对提高矩形相变单元储热及放热过程总效率的研究较少,且大多相变材料的导热性能较差,使得相变储能的应用推广存在一定的困难。基于此,本文针对相变单元内相变材料的传热特性及单元的结构优化开展了以下研究工作:利用FLUENT软件对矩形单元内水平圆管外伴有对流的相变传热问题建立了数值模型与计算方法,并将单元内石蜡熔化过程的温度与实验结果进行对比,验证了所建立的焓-多孔介质模型的可靠性。以石蜡为相变材料,水作换热流体,对矩形单元内石蜡的储、放热特性分别进行了数值模拟分析,通过单元内的固-液相界面、温度场、速度场、流场以及熔化/凝固速率等参数随时间的变化情况可知,石蜡熔化过程中,当加热壁面与相变材料初始温度间温差提升20℃时,单元内石蜡的熔化速率增大24.26%,单元内自然对流主导传热的时间占熔化总时间的比例增大36.11%,自然对流的强度提高41.51%,自然对流作用对熔化过程中的传热影响不能忽略;石蜡凝固过程中,当放热壁面与相变材料初始温度间温差提升20℃,单元内石蜡的凝固速率可增大29.03%,但自然对流对凝固的影响非常微弱,凝固过程中的传热方式以导热为主。为得到具有普适性的结果,对相变材料初始温度与壁面温度间的温差对熔化/凝固过程的影响进行无量纲分析,结果表明:提高壁面温度与相变材料初始温度间的温差,尤其是凝固过程的温差能明显缩短矩形单元换热过程总时间。为提高矩形单元的熔化速率,对不同矩形储热单元的熔化过程进行了数值模拟分析,研究了几何尺寸和圆管偏心比对相变储热单元内石蜡的流动及传热的影响。结果表明:随圆管上下部几何尺寸比N从1增加到6,矩形单元内石蜡的熔化速率先增大后减小,在N=1.5处取得最大值;随圆管偏心比c从0增大到0.222,矩形单元内石蜡的熔化速率先增大后减小,在c=0.182处取得最大值。在换热面积与储热量一定的前提下,研究了不同的单元外部几何形状(正方形、正六边形、正八边形、圆形)对单元内石蜡熔化过程中的流动及传热特性影响,得出截面为正方形时能最有效缩短总的熔化时间,使得圆管上下两部分熔化时间的一致性最高,相变单元内石蜡熔化速率最大。最后,本文在光管的基础上通过添加纵向翅片组成翅片管强化单元,探究不同翅片间夹角对单元内石蜡流动及传热特性的影响。结果表明:随着翅片间夹角从90°减小到45°,储热单元内各部分石蜡的温度分布更加均匀,矩形储热单元整体熔化时间最大缩短16.24%。