随着能源危机的加剧以及传统能源对环境的污染,促使人们对新能源的需求日趋紧迫。太阳能作为一种新能源具有资源丰富、可免费使用、无需运输、对环境无污染的优点,越来越得到人们的重视。但是太阳能具有间歇性和不稳定的特点,能量供求双方在时间以及强度上的不匹配使其应用受到了限制,蓄热技术是解决该难题的有效手段。相变蓄热系统以其储热密度大、热效率高、吸放热稳定、容易控制运行的优点,日趋成为储能系统的首选,因此对相变蓄热的研究很重要。本文对以石蜡为相变材料的蓄热罐进行三维计算流体力学仿真,考虑了非恒定传热温度,更加符合实际工况,从而能较全面地反映出蓄热单元传热过程中温度场和相变界面的变化规律,并研究了理论计算方法。(1)本文建立了一个三维的、非稳态的、液态石蜡包含自然对流的相变蓄热罐模型,在该模型中取一个蓄热单元进行研究,蓄热单元为圆柱体,内部放置石蜡,中心位置为传热管,热水通过传热管和传热管上的翅片对石蜡进行加热。模拟结果表明：石蜡在熔化过程中经历了四个阶段：热传导过程、相变蓄热过程、自然对流强化换热过程和换热减弱过程。自然对流对熔化的影响主要体现在石蜡与传热管之间变为对流换热,增大了传热系数,另一方面是液相区的自然对流,增加了液态石蜡的等效导热系数,自然对流越强烈则石蜡熔化越快。(2)对蓄热单元的蓄热过程进行分析,并通过与模拟做比较,提出了理论计算公式和方法,建立了蓄热单元的数学模型,通过该模型可以对蓄热罐的蓄热单元进行性能模拟,发现在临界高度以内,蓄热时间随着高度增加而增长,但是增加的趋势会减慢；随着特征长度D的增加,蓄热时间的增加趋势越来越快,可以发现改变特征长度D对蓄热单元性能的影响要大于改变蓄热单元高度的影响；随着翅片数的增加,蓄热单元性能也不断提高,但是翅片数增加对蓄热单元性能的提升是有限的,该数学模型对蓄热罐的结构设计和优化运行有重要的价值。