可再生能源是能源体系中至关重要的部分,推动储能系统与可再生能源的耦合,能实现对可再生能源的灵活调节,提高其利用效率,这对践行节能减排具有重大意义。本文将结合太阳能相变蓄热系统建立套管式相变蓄热器模型,以优化蓄热器结构为方向,采用数值模拟的方法分析异型管外1.5%石墨烯/石蜡复合相变材料的熔化、凝固过程,基于场协同原理分析异型管强化换热的机制,并通过对异型管的偏心布置以及加装肋片的方式对蓄热器结构进一步优化,为今后太阳能相变蓄热系统中,填充石蜡类相变材料的蓄热器的应用提供理论依据。采用异型管优化套管式相变蓄热器结构,数值分析椭圆管和滴型管外相变材料的熔化及凝固情况,并与传统圆管进行比较,结果表明:异型管可强化相变蓄热器的蓄放热性能,其中滴型管强化换热效果最佳;滴型管外相变材料的熔化速率比圆管提高了62%,比椭圆管提高了53%,相变材料的凝固速率比圆管提高了9.8%,比椭圆管提高了6.7%。本文基于场协同原理研究异型管强化相变材料换热的本质,对圆管、椭圆管以及滴型管外相变材料在熔化过程中的场协同角进行模拟计算,研究发现:异型管外相变材料的速度场与温度场的协同程度好于圆管,其中滴型管外相变材料的场协同性最好,对流换热效果最佳。以内置椭圆管的套管式相变蓄热器为研究对象,通过设置偏心内管优化该蓄热器结构,研究了椭圆内管的长短轴比及偏心距不同时,其管外相变材料的熔化、凝固过程,结果表明:椭圆内管长短轴比对相变材料的熔化及凝固过程影响不大,在长短轴比为1.5、2、2.5的三种椭圆内管中,长短轴比为1.5的椭圆内管更利于相变材料熔化与凝固;与同心套管相比,内管偏心距为20mm、30mm、40mm的套管中相变材料的熔化速率依次提高了26%、34%、35%,凝固速率依次提高了11%、7%、-2%;偏心套管中相变材料的速度场与温度场的协同程度不如同心套管;偏心管结构可增加相变材料的热对流区域,同时减少其导热区域,整体上提高相变材料的熔化速率,从而缩短蓄热器蓄热时间。以内置滴型管的套管式相变蓄热器为研究对象,通过加装肋片的方式优化该蓄热器结构,研究肋片角度、高度、宽度,以及肋端分叉结构对相变材料熔化及凝固过程的影响,研究发现:肋片结构一定程度上可改善套管上方均为液相区、下方均为固相区的现象,使固液态相变材料间的换热更加均匀;相比于无肋片模型,加装肋片角度45°、高度45mm、宽度2mm的T形肋片后,相变材料完全熔化时间缩短了66%,完全凝固时间缩短了63%;肋片附近相变材料的温度场与速度场协同程度较差,但肋片结构会强化其他部分相变材料的热对流情况。