相变材料具有蓄放热过程中温度恒定且相变潜热量大的特点,将其封装后应用于生活水箱中可实现太阳能的错时用能,从而有效缓解太阳能热水系统热水供应和用户需求之间不匹配问题。然而,当前在生活水箱中常用的石蜡和有机酸等相变材料较低的导热系数限制了其在水箱中的蓄热性能和实际应用效果。现有解决方法,如往封装结构中添加翅片和石墨等,会导致封装结构蓄能密度的降低,且石墨等高导热剂会在蓄能过程中发生沉降。针对此,本文提出将超声波技术应用于生活水箱中的封装相变材料,在不占据封装结构体积的同时利用超声波在液态介质中会发生空化和声流等效应的特性实现相变材料熔化过程的强化换热。为了研究超声波的强化换热效果及不同参数对其强化作用的影响,本文以当前应用最为广泛的圆柱型结构封装相变材料为例,通过可视化实验分析了其在不同热水温度和不同频率超声波下的强化传热性能;在此基础上利用Comsol Multiphysics5.4软件建立了数值模型,并通过实验数据对其进行了验证,最后基于所建模型进一步分析了封装结构高径比、超声波功率和超声波作用时间段对超声波强化传热性能的影响。本文主要结论如下:（1）超声波的应用可通过增强自然对流显著加快相变材料的熔化,且随着加热时间的推移,液相相变材料的自然对流随着液体层厚度的增大而加强,因此其强化作用更加明显。当加热温度为60℃时,与无超声波作用相比,28k Hz超声波作用下相变材料液相体积分数增大的强化效率可由10min时的12.7%提升至95min时的40.8%;此外,随着距离的增大,超声波的作用效果减弱较快,其强化效率从30mm处的65.5%降低到90mm处的29.0%。（2）受空化作用发生频率和声压衰减作用的同时影响,单纯增加超声波频率并不会使相变材料的熔化性能持续增加,当超声波频率从20k Hz增大为28Hz和40k Hz时,相变材料完全熔化时间先减少再增大。（3）热水温度的升高会使得液相相变材料温度升高和空化阈值降低,超声波声压将更容易达到空化阈值,发生空化效应的区域也会相应增加,从而增强超声波的强化传热作用。热水温度为55℃、58℃和60℃时,与无超声波作用相比,28k Hz超声波作用下相变材料完全熔化时的熔化速率强化效率分别为42%、44%和48%。（4）封装结构高径比对超声波强化换热效果具有较大的影响。与高径比为2（封装结构截面为正方形）相比,当高径比逐渐下降,即封装结构向扁平状变化时,受到超声波作用范围以及封装结构对自然对流的影响,超声波的强化效率随之降低。同时,当高径比不断增大,即封装结构向竖直状变化时,受部分相变材料与超声波换能器的距离的影响,超声波的强化效率也会逐渐降低。（5）增大超声波的功率可以显著降低相变材料的完全熔化时间,但熔化时间减小的趋势逐渐放缓,熔化时间的减小量由20W到60W的22min逐渐降低至140W到180W的7min。考虑到较大的超声波功率会同时导致较高的能耗,在实际应用中应在超声波强化效果及其自身能耗之间进行权衡。（6）在超声波作用时间一定的前提下,受液态相变材料所占比例、固-液相界面面积大小和底部液态层厚度的影响,在相变材料不同熔化阶段加入超声波的强化传热效果有所不同。以本文所建系统为例,当超声波作用时间为20分钟时,超声波的强化效果随作用时间点的延迟先增加再减小,在加热时间为60min时加入超声波效果较佳。在本文的研究基础上,未来应进一步探究超声波强化换热技术对相变蓄热水箱在实际太阳能热水系统中运行性能的影响,并根据环境参数和用水曲线等影响因素对系统的设计参数和控制策略进行优化,从而实现该技术在实际系统中的高效应用。