为尽早实现“双碳”目标。太阳能等绿色能源的开发与利用受到越来越高的重视,但由于其间歇性、不稳定性和供需之间的矛盾,严重制约着其效率的提高和进一步推广应用,而蓄热装置是解决该瓶颈问题的有效方法。本课题在已有蓄热装置研究的基础上,提出了一种梯级相变蓄热水箱。该蓄热水箱内设有多层相变蓄热层,相变温度由上而下依次降低,且每层相变蓄热层均包括若干个相变单元;水箱内顶部和底部均设有均流板,可保证热水从顶部入口均匀流过相变蓄热单元,并从水箱底部出口处流出,以实现梯级相变蓄热。该装置普适性较好,既保证了热能的高效储存和释放,又提高了热源侧的换热效率,进而促进系统热量的最大化利用。为探究自然对流和相变材料的分级设置对蓄热水箱蓄、放热性能的影响,本文采用数值模拟的方法,借助ANSYS Fluent软件对相变蓄热水箱进行模拟,并在此基础上对换热流体的入口位置、温度、流速以及相变材料厚度等参数进行优化。结果表明:（1）相变材料的自然对流可明显提高相变材料的相变速率,且对蓄热过程的影响要大于放热过程。蓄热时,考虑相变材料自然对流比未考虑时的蓄热时间缩短了45%,相变材料完全融化时间缩短了22.5%;放热时,考虑自然对流比未考虑时的放热时间缩短了10.62%,相变材料完全凝固时间缩短了4.57%。（2）相变材料的分级设置可以实现热量的梯级储存和利用,有利于装置的蓄、放热。蓄热时,热水入口在上,分级比未分级时的蓄热时间缩短了7.9%,相变材料完全融化时间缩短了9.1%,且在一定时间段内热水的出口温度更低,提高了能量的储存效率;放热时,冷水入口在下,分级比未分级时的放热时间缩短了5.8%,相变材料完全凝固时间缩短了2.11%。（3）增大换热工质的入口流速和入口温度均可提高换热速率,降低蓄热时间,同时两者的增加均存在阈值,当达到阈值时再增加温度或者流速所带来的效果将会很小。针对本模型,当流速区间为0.4m/s～0.6 m/s,温度区间为350 K～360 K时,装置具有较佳的性能。（4）减小相变蓄热单元中相变材料的厚度可以增加换热速率,减少蓄热时间,但会降低系统的蓄能密度;增加相变材料的厚度能提高系统的蓄热量,但会降低换热速率。因此,为避免在蓄、放热过程中出现融化或凝固不完全的“死角”,需在保证蓄热量的基础上,选择厚度较小的相变蓄热层。