太阳能是一种清洁可再生能源,具有能流密度低、间歇与动态方向性供应的基本特性,经聚光设备聚集的太阳能具有非连续、非稳态的特点,因此必须发展传热蓄热技术。对众多的太阳能热转换利用方式而言,采用高温转换,尽可能提高转换与输出热能的温度,利用高温蓄热进行稳定的能量供应,是提高利用效率的根本途径,并可广泛地应用于其他生产过程以及可再生能源和新能源利用领域,例如化工、冶金、热动、核工业等领域的热能储存与转化。　　 高温蓄热技术的性能和成本,主要取决于传热蓄热介质材料性能以及蓄/放热过程设计和控制两方面。本文以斜温层蓄热单罐设计理念为基础,采用高性能混合硝酸熔融盐作为传热蓄热介质,锆质蓄热球与泡沫碳化硅陶瓷两种代表性的多孔介质填料作为固体蓄热体,构建了多尺度结构斜温层混合蓄热方法及系统。针对熔融盐单相流体、熔融盐/锆质蓄热球以及熔融盐/泡沫碳化硅三种斜温层蓄热方式,实验研究了多尺度结构中熔融盐的流动与蓄热特性,包括温度场分布、斜温层的形成与演化、有效蓄热容量等,确定流体进口速度、蓄热温差等工况参数对熔融盐在多尺度结构中流动与传热性能的影响趋势与作用规律。研究结果表明,由于斜温层的存在,三种蓄热方式中的理论蓄热效率小于80％;相对于熔融盐单相流体斜温层蓄热,采用锆质蓄热球与泡沫碳化硅作为多孔介质填料的斜温层混合蓄热方式会导致系统的有效蓄热容量有所降低,但另一方面多孔介质填料的加入有利于保持熔融盐流体为理想的重力流或活塞流,并部分替代价格较高的熔融盐传热蓄热介质,因而采用类似的球形颗粒或泡沫陶瓷多孔介质填料时需要结合系统的蓄热容量以及经济性进行最优化设计。　　 基于多孔介质局部热平衡理论,建立考虑流体热物性变化的斜温层蓄热数值模型,利用FLUENT软件对多尺度结构中熔融盐斜温层混合蓄热与放热过程进行了数值分析,研究多孔介质物性、孔隙结构以及工况参数等对多尺度结构中熔融盐传热与流动的影响规律,并根据多尺度结构蓄热器内传热蓄热的实验测试结果验证数值计算模型的有效性。结果表明,在蓄热及放热过程中,蓄热单罐内均形成了稳定的斜温层,并且随着时间的推移,斜温层的位置沿熔融盐流动方向移动,其厚度不断增加,但增加量逐渐趋缓;有效蓄热容量主要取决于蓄热结构,与操作方式、蓄热条件等无直接关系,选用具有较大体积热容的多孔介质填料、优化填料的型式及堆积方式等结构参数有利于提高系统的综合蓄(放)热性能及其经济性;采用合理的低流速进行高温蓄热可以控制斜温层的形成及演化,从而提高系统的蓄热效率。比较数值计算结果与实验结果可知,其温度场、斜温层等特征参数的分布及变化规律是基本一致的,说明基于多孔介质局部热平衡理论建立的计算模型对于描述多尺度结构中熔融盐流动与传热现象是适用的。