随着能源消耗日益严重,能源短缺现象日渐凸显,基于相变材料(PCM)的潜热蓄热技术因其蓄热密度高、相变温度区间大、相变材料多种多样且经济性高等优势,已被广泛应用于太阳能利用、电力系统“削峰填谷”、暖通空调以及余热回收等领域。在多种潜热蓄热方式之中以固-液相变在实际应用中受到最多关注,但考虑相变材料自身导热系数较低,开展固-液相变传热强化研究、设计新型高效的相变换热器单元对能源合理高效利用具有重要意义。目前强化固-液相变换热技术的方法主要是从实现传热的相变材料选择和换热器单元的结构设计这两个角度出发,前者依赖于化工材料的发展革新,后者考虑易操作和成本低的特点选用添加翅片提高相变换热器单元的传热性能,鉴于目前对相变储热装置几何结构优化的理论研究开展较少,传统翅片形状单一对换热器单元内部传热优化和温度均匀性改善效果不佳,本文将分形几何和树状结构拓展到翅片设计,构建了分形翅片结构,提出了一种新型的固-液相变换热器单元,借此改善潜热蓄热过程的传热性能,为相变换热器的效能提升提供新方法。文章先从分形几何的理论出发,探索分形翅片结构参数与翅片总热阻之间的联系,为优化设计相变换热器单元提供了数据支撑,结合目标单元的尺寸选择总热阻值较小的翅片结构参数,完成分形翅片相变换热器单元的设计。之后利用数值模拟软件FLUENT对理论计算设计下的换热器单元进行模拟研究,探究其单元内部相变材料在分形翅片影响下的传热性能,同时研究了不同温度参数对相变材料完成相变过程的影响,发现相变温差越大相变材料完成相变过程的时间越短,且相变温差为?T=15 K条件下的相变过程完成的速度较?T=5 K时提高了三倍。设计并搭建了分形相变换热器单元内固-液相变传热特性研究的可视化实验平台,实时观测了分形翅片换热器中PCM在熔化过程中两相界面的形貌演变,测量并分析了翅片换热器轴向的动态温度特性和单元内温度的均匀性。