相变蓄能技术可以很好地解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾,应用前景十分广阔。然而在实际应用中发现相变蓄能装置的蓄/释热速率往往较低,有时难以满足系统调控要求,研究发现这主要是因为常用的相变材料尤其是有机相变材料的导热系数普遍较小。因此有必要开展对相变蓄能装置的强化传热研究,其中对相变蓄能单元的研究更是重点。通过对相变蓄能技术研究现状进行文献综述,本文选择水平管壳式相变蓄能单元作为研究对象,重点开展针对自然对流的新型强化传热方法的研究。本文的研究方法是以数值模拟为主,辅助以实验的验证。基于焓-多孔介质法建立了蓄能单元的三维数值模型,设计并搭建了蓄能单元实验平台,通过实验结果、文献结果与数值模拟结果作对比,双重验证了所建立数值模型的准确性。在此基础上采用数值模拟方法揭示了蓄能单元熔化、凝固过程传热机理的变化规律,并分析了换热流体进口温度、单元内外管径比这两个能够影响自然对流强度的关键要素对蓄能单元传热性能的影响。研究发现:蓄能单元熔化过程,传热机理会经历从导热主导到自然对流主导再恢复导热主导的过程,自然对流对熔化过程影响较大,可以强化传热;蓄能单元凝固过程,传热机理全程是以导热为主导,自然对流对凝固过程影响较小。基于偏心布置这一新型强化传热方法,本文重点研究了偏心布置对蓄能单元熔化过程、凝固过程传热性能的影响规律,并从熔化-凝固全周期出发,定义了评价全周期传热性能的指标——全周期平均传热速率,对不同的偏心位置进行了优化分析。研究发现:采用偏心布置,与中心布置相比,可以扩大熔化过程中自然对流的影响,从而强化传热,但同时会抑制凝固过程中的导热传热。对于凝固过程,当改用偏心+反转布置时,与单纯偏心布置相比,可以一定程度上改善其传热性能。对整个熔化-凝固全周期而言,采用偏心布置,当偏心率较小时,可以起到强化传热作用,但当偏心率较大时则会抑制其传热。在蓄能单元结构设计中则需要在能强化传热的偏心率范围内选择合适的偏心率进行设计。本文的研究可以为相变蓄能单元的结构设计提供指导,从而强化其传热性能,促进相变蓄能技术的广泛应用。