相变储能技术因其储能密度高,成本低廉,蓄/放热过程稳定且易于控制等优势,可有效的解决水电站因“弃水”而造成的能源浪费问题,也就是利用相变材料储能技术将水力发电富裕的水能以热量的形式储存起来,其热能可以二次利用,同时对水电能源的调节起到一定的作用,提高电网的运行安全。然而,由于相变材料导热系数较低,阻碍了蓄热器的传热性能,所以制约了其在储能领域中的大规模应用。目前,国内外有很多学者对蓄热系统的研究大都停留在相变材料的研究和对流换热等方面,对于复杂系统中相变问题的传热过程及机理的研究仍存在较大的困难。为此,本文对相变蓄热装置及相变材料的选取进行了论述,并利用数值模拟的方法研究了低功率储能电炉内相变材料的蓄放热过程,具体如下:首先,本文对比了不同相变蓄热材料,最后选取了KNO₃-NaNO₃-LiNO₃-Ca（NO₃）₂·4H₂O四元混合硝酸盐为储热介质,利用CFD数值模拟的方法研究了有无自然对流时蓄热单元内的传热特性、不同加热功率对蓄热过程的影响以及不同加热方式下蓄热单元内的相变过程。结果表明:自然对流对相变过程的温度分布和液相率分布影响较大,在无自然对流时传热特性完全以导热为主,熔盐熔化时间较长;加热功率的增加可以促进液态相变材料的自然对流,减少熔化所用的时间,当热流密度依次增加5000W/m²,相变材料熔化时间依次减少了2646s、1650s、1111s;不同的加热方式会导致蓄热单元内熔化区域的形状和流场各不相同,采用底部加热方式时,流场较紊乱,采用侧壁加热方式时流场较均匀。其次,为了对比材料的物性参数对整个蓄热系统的影响,研究了相变材料的密度,导热系数、比热容、潜热对蓄热过程的影响,结果表明,密度对液态相变材料影响较大,减小密度可以加快液态相变材料的自然对流,缩短熔化所用时间,当密度依次增加25%时,熔化时间分别增加了30.7%、25.7%、14.3%。导热系数的增加会缩短熔化时间并使得蓄热单元内的温度分布更加均匀,比热容与潜热的增加可以提高蓄热单元的储能密度。再次,利用数值计算的方法研究了储能电炉结构强化换热方案,包括增加肋片的高度、数量和厚度,结果表明翅片高度对蓄热单元熔化和凝固过程影响较大,翅片高度的增加会改变相变材料的温度分布和流场分布。增加一定数量和一定厚度的肋片可以增强蓄热单元的强化换热效果,缩短相变材料熔化时间,然而继续增加则会抑制相变材料的自然对流,熔化时间变长。最后,针对该蓄热装置,设计了五组不同类型的仿生翅片,分别为矩形、T型、树枝型、折线型以及混合型。数值研究了其三维模型的蓄放热过程,结果表明:T型和树枝型蓄热单元熔化前沿更宽且温度分布与流场分布更加均匀。本文得到的相关结论可以为低功率相变材料储能电炉的设计、优化与工程应用提供依据。