相变蓄热技术应用于工业余热回收、太阳能热利用、建筑节能等领域,可解决热能在供需不匹配、时间及空间上不匹配等问题,从而提高能源的利用效率。然而相变蓄热过程是一个复杂的非稳态、非线性的换热过程,传统换热器的设计技术并不适用。目前相变蓄热器的换热系统的结构或是复杂、或是未进行优化;用于相变蓄热系统的相变材料也普遍存在导热系数低的问题;这些都极大地限制了相变蓄热技术的应用推广。本文以结构紧凑的螺旋盘管为换热管,以高导热率的石蜡/膨胀石墨复合相变材料为相变材料,设计了一种基于石蜡/膨胀石墨复合相变材料的螺旋盘管蓄热器。为了探究影响蓄热器性能的因素,本文建立了该蓄热器的实验测试系统及蓄热过程的物理和数学模型,选用可实现的k-?模型计算盘管内水的流动,采用等效比热容法模拟相变材料的相变过程。研究发现,蓄热器内实验与模拟的相变材料温升曲线相似,完成相变的时间相对偏差在20%以内,且进出口水的温差相近,表明该数值模型能较好地预测该类蓄热器的性能。本文对影响单螺旋盘管蓄热器性能的因素进行了详细分析,结果表明,增大进口水的Re和ΔT能缩短蓄热时间,但同时采用过大的Re和ΔT并不可取;蓄热时间最短、相变材料温度分布均匀性最好时的盘管与蓄热器半径之比(RH/RT)在0.53~0.64范围,当蓄热器半径增大时,该最佳半径比范围依然适用;盘管半径一定时,减少盘管节距会缩短蓄热时间,但节距越小,蓄热性能的提升幅度越小;提高复合相变材料的填充密度会缩短蓄热时间,但密度越大,时间缩短幅度越小。为了更准确地计算最佳半径比,本文采用准稳态法,确定单螺旋盘管蓄热器的盘管与蓄热器的最佳半径比为0.61,双螺旋盘管蓄热器的内外盘管与蓄热器的最佳半径比分别为0.33和0.78。对于双螺旋盘管蓄热器,当内外盘管的换热面积比为1:2时,水选择外盘管进入较为合适;当内外盘管的换热面积比为1:3时,选择内盘管较为合适。最后本文对比了单/双螺旋盘管蓄热器的性能,结果表明,双盘管蓄热器的性能优于单盘管蓄热器,在本文给定的换热面积下,双盘管蓄热器内90wt.%的复合相变材料完全融化的时间相对于单盘管蓄热器减少了25.3%,95wt.%的复合相变材料完全融化的时间相对减少了13.3%,且双盘管蓄热器的蓄热性能的提升空间更大。