本文对一种柱体式U型管储热单元在充放热过程中的热性能进行了数值模拟研究。该储热单元以相变温度为120℃的赤藓糖醇作为相变材料,以水作为传热流体。本文首先对该储热单元在水平放置情况下的完全充热过程进行了计算。同时分析了储热单元摆放方式、储热材料中添加碳纳米颗粒进行导热强化、添加翅片进行传热强化、不同传热流体入口流量以及不同传热流体充热温度对充热过程的影响规律。研究发现,在充热过程中,水平放置储热单元内相变材料在自然对流的作用下,单元上部的相变材料首先熔化,而单元下的相变材料则最后熔化。对于一个完全充热过程,储热单元竖直放置时完全熔化时间是水平放置时的1.4倍。只有当添加的碳纳米颗粒的体积比达到1%以上时,充热速率才有明显增加。当碳纳米颗粒的体积比达到2%时,充热过程中的完全熔化时间为纯相变材料情况下的77%。当传热流体的入口温度从413 K提高到433 K时,后者充热过程中的完全熔化时间降低为前者的48%。传热流体充热流量对充热过程中的相变材料的完全熔化时间影响很小。其次对该储热单元在水平放置情况下完全放热过程进行了计算。同时分析了储热单元摆放方式、储热材料中添加碳纳米颗粒进行导热强化和添加翅片进行传热强化对放热过程的影响机制。研究发现,当储热单元在水平放置时,在放热过程中,下部相变材料的整体熔化速率高于上部。在相变材料中添加碳纳米颗粒可以明显加快储热单元的放热速率。当添加2%碳纳米颗粒时,储热单元的完全放热时间缩短至纯赤藓糖醇作为储热材料工况下的50%。同样,在储热单元内添加一定数量的翅片也可明显加快储热单元的放热速率。当储热单元加入八个翅片后,储热单元的放热时间缩短为无翅片工况下的60%。