由于能源危机和环境问题,太阳能、风能和潮汐能等可持续能源因其储量丰富、污染小而被认为是最有前途的化石能源替代能源。在可持续能源的大规模应用中,固有的间断性和不稳定性的缺陷是目前研究所面临的主要挑战。在这种背景下,利用有机相变材料的潜热储能技术为改善能源供需匹配提供了有效手段。热能储存系统的储能方式主要有三种:显热储能、潜热储能和热化学储能。其中,利用相变材料的潜热储能因其具有储能密度高、相变时温度变化小、化学性质稳定和无腐蚀性等特点,是最具吸引力的储能形式。但是相变材料的低导热系数限制了能量的存储/释放速率,导致不均匀的熔融/凝固界面演变;同时也存在过冷和相分离现象,这些都会降低储能单元在储放能过程中的热性能。近年来,研究者们对相变材料的强化传热特性进行了全面的研究,比如,选择热管、金属泡沫或者纳米粒子以增强相变材料的熔融性能;采用翅片结构扩展换热表面等等。这其中,翅片不仅具有安装和使用方便的特点,导热系数也远高于相变材料,有助于提高换热流体和相变材料之间的传热速率,增强储能系统储放能速率方面的整体性能。所以,本文主要就翅片在管壳式储能单元中对相变材料的强化换热特性进行研究,根据管壳式储能单元的结构创新性地设计了圆弧状分形翅片,并与无翅片工况以及平直翅片工况的储放能过程进行对比,探讨长度、曲率和相邻角度等翅片参数对储放能过程中热性能的影响。翅片长度对储能单元热性能起到积极作用,主干翅片可有效加强热渗透性,分支翼翅片可有效加强热均匀性,最多可使熔化过程时间缩短76.3%,凝固过程时间缩短84.1%。与常见的长直形分形翅片相比,圆弧状分形翅片构型使储能单元内温度场更均匀,对自然对流的阻碍作用更小。并且,垂直向下延伸热渗透深度并使相变区域更加均匀的翅片构型都是增强储能单元热性能的最佳翅片构型选择。另外,针对管壳式储能单元,本文还创新性地采用三联管结构,针对不同的储能过程进行优化,着重讨论储能单元内部的温度场、速度场变化情况以及熵产等评价指标。通过不同源壁面的设置,得出外壁面冷却、内壁面加热是双源储能单元无翅片工况最合理的源壁面设置。在此基础上,内壁面十字垂直布置、外壁面交叉十字布置,且分支翼翅片同心向的翅片构型对于储能单元的热性能效果最好,与无翅片工况相比,该工况达到平衡时刻的总时间缩短了36.17%。基于相变储能的基本理论,本文的研究结果对分形翅片的设计和管壳式相变储能单元的优化具有一定的参考价值。