电能作为一种清洁能源,在解决环境污染以及能源梯级利用等方面表现出独特优势。对于传统电采暖方式存在的高能低用的问题,相变蓄热技术很好的弥补了这一缺陷。在国家政策的有力引导下,深入研究相变储能技术,将电采暖与相变储能技术有机结合,开发应用相变蓄热电采暖技术及产品,不仅能够满足供暖需求,而且也能对电网负荷起到“削峰填谷”的作用,缓解电网压力。相变蓄热式电采暖在电力调峰和供暖方面表现出的独特优势,使其逐渐成为研究热点之一。本课题以Ba(OH)2·8H2O为相变蓄热材料,构建了一种基于管内封装相变材料的蓄热单元,可以与建筑围护结构结合,敷设与墙上,既适用于既有建筑的供暖改造,也顺应新建建筑、特别是装配式建筑的发展局势;也可用于蓄热器内部,集成生产相变蓄热电采暖装置。首先,搭建了相变蓄热单元的实验测试平台,对蓄热单元的蓄放热性能进行了实验测试。实验结果表明,整个蓄热过程用时900s,蓄热过程开始150s后,蓄热单元内相变材料的温度达到相变温度(351K),此后的450s内蓄热单元持续吸热,但是温度基本保持不变,是蓄热单元的相变潜热蓄热阶段,占整个蓄热过程用时的50%;相较于蓄热过程,在放热过程阶段,材料开始凝固的温度要略低于351K,整个过程持续约2000s。其次,基于相变传热理论,利用焓法建立了蓄热单元的物理模型,通过CFD软件对材料的蓄放热过程进行数值计算,并将模拟结果与实验数据进行对比,验证了所建立采用模型的准确性。在此基础上,模拟分析了蓄热单元内不同位置相变材料在蓄放热过程中的温度的变化规律,并进一步分析蓄热单元蓄放热特性的影响因素。模拟结果表明,蓄热单元在轴向和径向上各点的温度变化趋势基本相同;在填充率和管径一定时,对比考虑自然对流与忽略自然对流两种工况,在前200s内,材料处于固相区,两曲线基本重合,自然对流的影响甚小;考虑自然对流时,蓄热时间明显缩短,为1500s,而忽略自然对流的工况在1500s时仍处于潜热蓄热阶段,与实验结果相悖,因此自然对流的影响不可忽视;相变材料的填充率以及蓄热单元的管径都与单个蓄热单元的蓄热能力密切相关,当蓄热单元管径一定,填充率分别为70%、80%、90%时,材料区域平均温度达到相变温度分别用时180s、205s、220s,潜热蓄热过程持续时间分别为450s、650s、770s,可以看出,随着填充率的增加,蓄热单元的蓄热时间明显延长;当材料填充率一定,蓄热单元管径分别为20mm、30mm、40mm时,材料区域平均温度达到相变温度分别用时180s、270s、440s,蓄热过程持续时间分别为900s、1450s、2300s,可以看出,随着管径的增大,蓄热单元的蓄热时间明显延长。因此,在蓄热单元的长度确定以后,填充率越大,管径越大,蓄热单元蓄热量越大,但是蓄热时间也会明显延长,需要综合考虑。最后,结合电采暖方式,将管内封装相变蓄热单元应用到蓄热装置中,形成电相变蓄热装置,并对该装置进行了蓄热能力的设计计算及结构的初步设计。并对电相变蓄热装置建立了三维物理模型,模拟分析其整体蓄放热特性。模拟结果显示,从温度场分布来看,靠近电加热元件的位置的蓄热单元温度率先升高,内填相变材料熔化吸热,由于温差的存在,空气在管壁间形成较强的自然对流,从而使得外围的蓄热单元也逐渐吸热升温,随着相变材料液相占比越来越大,蓄热装置内的温度场将逐渐均匀,待整个蓄热过程完成以后,蓄热装置内的温度热源壁面温度接近,达到动态平衡;装置的蓄热过程持续约30000s,其中潜热蓄热过程约12000s,占整个蓄热过程的40%。放热过程中,相较于中间部分的蓄热单元,靠近装置外壁面的蓄热单元降温速率较快,这是因为外围的蓄热单元与环境的温差大,随着放热过程的推进,相变材料逐渐放热凝固,蓄热装置内的温度趋于均匀,最终与环境达到热平衡,放热过程持续约20000s,其中潜热放热阶段占比60%。本文的研究揭示了相变蓄热单元的蓄放热特性及其影响因素,在此基础上,将该蓄热单元应用到电蓄热装置中,并模拟分析了电相变蓄热装置的整体蓄放热特性。研究成果可为相变蓄热电采暖的应用提供理论依据和参考。