复叠式空气源热泵不但能够很大程度上改善空气源热泵的低温适应性,而且提高了空气源热泵的制热效率,但是它同样受结霜的影响。可以利用在常规的复叠式空气源热泵系统中添加特定的蓄热器装置,将低温级的多余的热能通过相变材料储存起来,实现同时为低温级除霜和高温级供热的目的。本文设计了一种固-液相变储能系统,在不同的室外平均蒸发温度工况下,对蓄热器在蓄热模式和放热模式下的蓄放热特性进行分析比较,分析其在不同室外平均蒸发温度的蓄热效率、?效率、高低温级热量分配等参数。蓄热器是相变蓄热系统中最重要的物理部件,蓄热材料的相变传热过程是相变蓄热系统的核心部分,所以相变传热过程的详细分析对于研究相变蓄热设备的性能具有很大的参考价值。这种相变传热过程涉及到固-液相界面的移动过程,相变区域温度变化和液相率变化过程等。对于多维的复杂模型一般使用数值模拟的方法预测传热过程,所以本文对简化的二维套管圆截面和单管蓄热器进行数值模拟,并与实验测得的数据做对比,综合分析相变传热过程的蓄放热特性。以下是实验研究和数值模拟的主要结论:实验研究:(1)计算分析低温级制冷剂的蓄热效率,室外平均蒸发温度越大,蓄热效率越低。针对低温级进行总体?效率分析,室外平均蒸发温度越大,总体?效率越低;分别计算分析低温级蓄热?效率和高低温级放热?效率,放热?效率远远大于蓄热?效率。(2)计算分析三组不同室外平均蒸发温度工况下蓄热器的总蓄放热量和高低温级制冷剂出口温度变化,室外平均蒸发温度越高,蓄热器的总蓄热量越大,放热量越小。(3)计算分析三组不同室外平均蒸发温度工况下高低温级供热功率变化,统计三组工况下高低温级放热量占总放热量的百分数,随着室外平均蒸发温度的增加,低温级放热量占总放热量的比重越来越小。数值模拟:套管圆截面蓄放热模式:(4)分析低温级相变材料在50s、200s、500s、900s的固-液相界面分布图和温度场分布图,在蓄热初期换热方式以导热为主,后期换热方式以对流为主,紫铜管的上部相变材料先于紫铜管下部的相变材料变为液相,低温流体加热后上升,高温流体传递热量后下降,从而导致液态的循环流动,整个蓄热时间持续大约2100s。(5)分析高低温级相变材料在50s、100s、400s和600s的固—液相界面分布图和温度场分布图。在放热初期管道下方的温度变化速率比管道上方较快,下方的凝固速率比管道上方较快,在放热后期圆管周围的相变材料融化速率区域一致,整个高低温级放热时间大约分别为1100s和800s。单管蓄放热模式:(6)分析实验测的低温级相变材料在单管流动方向上温度变化图,并且分析150s、300s、800s、1200s时固-液相界面移动分布图、温度场分布图和液相率变化规律,在蓄热初期制冷剂入口处的相变材料先被加热,300s时将近45%的相变材料温度达到相变温度(279.3K),整个蓄热时间为1500s。计算结果与实验数据作对比,验证了计算模型的正确性。(7)分析实验测的高低温级相变材料在在单管流动方向上温度变化图,并且分析50s、200s、400s、500s时固-液相界面移动分布图、温度场分布图和液相率变化规律。在放热初期制冷剂入口处的相变材料先被冷却,200s时高低温级分别大约60%和70%相变材料温度达到相变温度(281.3K),高低温级放热时间分别为700s和500s。计算结果与实验数据作对比,验证了计算模型的正确性。