随着社会经济的飞速发展,能源供不应求以及环境污染成为全世界的社会性问题。利用太阳能等清洁能源替代不可再生能源可以减缓能源紧张及环境污染等问题。开发和使用太阳能,必须解决其间歇性和不可靠的问题。PCM是一种具有潜在储热能力的储热材料,其蓄热密度大、储放热恒温,将其封装起来,再与原始水箱结合到一起组成复合式相变储热水箱,既能增加蓄热量又能延长供暖时间,将其应用到太阳能采暖系统可以明显地解决太阳能间歇性和不可靠的难题,所以如何提高储热装置的蓄释热性能成为太阳能采暖领域的研究重点。本文将复合无机盐氯化钙作为PCM,封装于光滑球形相变单元中。为了避免PCM相变“死区”的出现,对传统储热装置进行改进,设计了一种下进上出流水方式且内部放置隔层板的新型球式相变储热装置,并搭建了性能测试平台以测试其在多种工况下的蓄释热性能,得到了蓄释热过程中水箱内不同层蓄热球内PCM温度以及HTF温度随时间的变化曲线,发现储热水箱HTF下进上出的结构以及隔层板的加入使得其蓄热过程中水箱内温度分布比较均匀;使其释热过程中储热装置内温度分层较好,保证了热水源源不断从出口流出。另外,还得到了不同进水温度和进水流量时储热水箱的蓄热时间,发现储热水箱的蓄热时间随着进水温度和进水流量的增加不断减少。通过对储热水箱释热过程中恒进口温度和变进口温度两种不同工况下进行测试,发现相对于恒进口温度来说,变进口温度降低了HTF与PCM之间的温差,延长了PCM的潜热释热时间,进而提高储热水箱的释热性能。为进一步提升储热装置的蓄释热性能,本文又设计了一种与光滑蓄热球同体积的螺旋凹槽蓄热球,凹槽球表体比增大了32.65%,同光滑球的排布方式相同,均匀分布在相变储热装置内,为了解储热装置内部的蓄释热过程,对这两种蓄热球的储热装置建立了物理模型和数学模型,并借助FLUENT软件对两种储热装置在同一工况下的蓄释热过程进行了数值模拟研究。通过对两种储热装置内蓄热球内部和整体蓄热球的相变过程以及流体速度场进行分析,发现凹槽球表面的螺旋状凹槽改变了流体的流动状态,增加储热箱内流体的扰动,出现了多的紊流区域,在一定程度上增强了对流传热,提高了换热效率,对整个储热箱而言,提高了整体的蓄释热效率;另外对两种储热装置的压强进行分析,其内部流体压降相差比较小且均属于小的压降,其流体损失的机械能带来的影响可以忽略。本文用实验和模拟相结合的方法探究了一种新型的相变储热装置,为之后储热装置的优化以及工程应用提供了参考价值,对节能环保事业提供了帮助。