随着各国经济迅速发展,不可再生能源日益短缺。而太阳能是最广泛、清洁的可再生能源,但是太阳具有不稳定性和间歇性,这给太阳能的利用增加了难度。相变材料可以实现热能的存储,但是相变材料也有一些缺点。相变胶囊可以解决相变材料的腐蚀,泄露等问题,这使相变胶囊成为了研究的热点,因此对于高温相变胶囊储热器的研究具有很大的实际意义。本文在国家自然科学基金(NO.51906228)的资助下,对含有空气的高温相变胶囊的储热性能及高温相变胶囊储热器的储热特性进行了研究,主要的研究工作和结果如下:(1)建立高温相变胶囊及高温相变胶囊储热器的物理及数学模型,验证模型的正确性,并进行网格考核。(2)对高温相变胶囊储热性能进行数值模拟,研究了相变胶囊不同壁温及高温相变胶囊内不同空隙率对相变胶囊熔化过程的影响。结果表明相变胶囊完全熔化的时间随着壁温升高而减小;相变材料完全熔化的时间随着空隙率的增大而减小。(3)研究了高温相变胶囊不同壁厚及相变胶囊不同直径对相变材料熔化完全熔化时间的影响。结果发现厚度从1mm增加到2mm时,相变材料完全熔化的时间增加了约11.8%;随着高温相变胶囊直径的增加,相变材料完全熔化的时间增加。(4)研究了纳米材料的添加及相变胶囊不同壳材料(导热系数)对高温相变胶囊储热性能的影响。结果发现随着纳米材料的添加高温相变胶囊的熔化速率加快,减少了完全熔化的时间;随着壳材料导热系数的增加,相变材料完全熔化的时间缩短。(5)对高温相变胶囊储热器进行数值模拟,研究了不同进口流速、不同进口温度、相变胶囊不同壳材料、不同相变材料的组合以及相变胶囊空隙率对储热器性能的影响。结果发现与0.003m/s相比,0.005m/s与0.01m/s熔化时间分别减少了13.24%和34.93%;与进口温度为1007K相比,进口温度为1017K和1027K相变材料的熔化时间分别减少了12.78%和24.32%;随着外壳的热导率增加,储热器系统的相变材料完整熔化的时间会减少;采用组合式相变材料储热器的储热时间明显缩短,与采用一种相变材料相比,时间缩短了21.75%;当相变胶囊内部含有空气时,相变材料完全熔化时间缩短了15.58%。