太阳能、风能等可再生能源受季节影响波动较大,为保证电网平稳运行的同时提高可再生能源的利用率,合理进行热能存储有着十分重要的工程应用价值。近年来,固体填充床显热存储系统由于运行原理简单、成本低廉得到了广泛研究与应用。但同时由于储热介质导热系数低,影响了系统储热效率,因此深入研究低导热系数热存储物质的湍流传热机理及其内部的?传递和熵产特性,对于储热系统运行参数的确定及储热效率的提高具有重要的意义。由于储热介质与储热罐本体结构尺寸相差悬殊,本文针对储热单元内部的对流传热特性研究采用多孔介质模型。建立二维周期列阵排布模型,针对圆形、正方形、纵向椭圆形和横向椭圆形结构,在孔隙率?=0.64~0.87范围内选取十组几何结构进行研究,同时选取RNG k-ε和SST k-ω两种湍流模型进行对照,雷诺数Re=100~20000。得到固体壁面平均努塞尔数、流场内部流速、湍动能、压降、温度场、传热效率的变化规律。结果表明,当Re<1000时,SST k-ω模型的结果更为可靠,当Re>1000时,两种湍流模型结果相似。在研究的十组几何结构中,?=0.64的正方形结构具有更大的湍动能、压降和表面平均努塞尔数。以传热效率作为评价标准时,较低的雷诺数和较高的孔隙率由利于系统间的流动传热。此后将多孔介质模型引入储热单元,将储热单元简化为三维错列球体列阵排布模型。在入口流速0~1m/s,雷诺数Re=122~1220,普朗特数Pr=0.7、1.0、1.3范围内选取十组工况进行研究。分析流场内固体壁面平均努塞尔数、阻力系数及压降随雷诺数和普朗特数的变化规律,并与经验公式进行对照。结果表明,随着雷诺数和普朗特数的增加,固体壁面平均努塞尔数增加,流场压降增加,流场阻力系数先减小后趋于平稳。最终拟合得到该模型的各参数关联式。为分析系统的储热性能,从热力学第二定律的角度出发,分析了储热单元三维模型的?传递和熵产特性。计算平均?转移努塞尔数Nu_e、熵产生数N_s以及MF函数随Re数和球体直径d的变化规律。结果表明,Nu_e随Re数增加而减小,其数值由正值减小至0再变为负值。Nu_e=0时存在临界雷诺数值,该值随d的增加而增加,是?传递评价角度下系统运行的雷诺数上限值。熵产生数N_s随Re数的增加先减小后增大,其变化幅度随着d的增加趋于平缓。临界雷诺数值即为最佳运行雷诺数。在研究的小球直径d=10~40mm范围内,当ReRe’时,选取允许范围内最大直径球体介质进行储热效率最高。