太阳能热水工程在工农业和民用领域已得到广泛应用。而储热水箱（罐）作为太阳热水系统中核心部件,在设计时既要充分考虑其取热水时的放水性能,使水箱中的热水尽可能多的取出,也要考虑到施工、安装及维护的方便和与建筑充分一体化。储热水箱形状及结构是影响水箱排水性能的关键因素。方形水箱以其制作、安装方便、易与建筑一体化,受到建筑设计行业的青睐,但对其排水性能的研究还有待深入。为了解方形储热水箱内排水阶段因负浮力射流引起的掺混规律,定量分析水箱内热分层与掺混程度,本文利用研究流体力学先进的粒子图像测速（PIV-Particle Image Velocimetry）和激光诱导荧光技术（LIF-Laser Induced Fluorescence）直观准确地了解方形水箱内排水时的水平负浮力射流现象及规律,获得水箱内速度场和温度场特性,结合数值模拟方法,对排水阶段不同工况下储热水箱内混水特性作定性及定量分析,为储热水箱的设计及工程应用提供参考。本文实验研究部分,以一常见的方形水箱不同取水口位置为原型制作了一透明的方形钢化玻璃水箱模型,在主要控制参数雷诺数Re不同（940≤Re≤3290）工况下,利用PIV/LIF技术对均匀环境流体（热水）中水平圆形负浮力射流（补入的冷水）进行了实验测试与分析。研究发现:（1）射流Re数越大,负浮力导致流场的卷吸范围越大,形成的卷吸高度越高,射流与环境流体掺混越剧烈;（2）轴向雷诺法向应力的大小与流速的分布呈正相关。Re数越大,轴向无量纲雷诺法向应力越大;（3）在相同Re数的情况下,以各个工况的转折点速度平均值相对误差不超过1%,作为对于不同热水出口位置水箱的射流起始段长度大致相同,其流动形态相似;（4）从瞬时温度场变化分析得到:随着Re数的增大,射流温度扩散范围更大,射流产生更多、更细、大小不等、分布不均的卷吸涡,展现了在较强的水平负浮力射流作用下,水箱内的流体中时刻产生着无序的卷吸和掺混。利用PIV技术测试方形水箱内水平负浮力射流运动规律的实验结果验证方形水箱数值模拟计算模型与方法,并参考实际水箱尺寸建立几何模型,对方形储热水箱排水阶段在不同工况下进行了数值模拟计算与分析。研究发现:（1）在入口速度分别为0.25 m/s,0.5 m/s,1 m/s的情况下,对于较低的入口速度,水箱内冷热水掺混不明显,水平负浮力射流较弱,温度分层明显。随着入口速度增大,引起水箱内掺混程度越大,更容易破坏热分层水平,导致水箱内温度分层效果明显减弱,温跃层厚度增加;（2）对于不同的热水出口位置,在短时间内入口流速较低时,冷热水掺混流动形态是一致的。热水出口位置越低,水箱的放热效率下降越明显;（3）进出口管径越大,随着排水时间的增加,水箱内整体混合程度增强,热分层水平有所降低。在相同入口速度为0.25 m/s的情况下,入口直径分别为5 cm,8 cm,10 cm水箱内的平均无量纲温跃层厚度是逐渐增加的;（4）高径比和容积近似相等的方形水箱和圆柱水箱在相同入口速度0.5m/s,相同进出口管径为5 cm的情况下,水箱内无量纲温跃层厚度的平均值分别为0.1542和0.1285,方形水箱的平均无量纲温跃层厚度是圆柱水箱的1.2倍;方形和圆形水箱内无量纲（火用）的平均值分别为0.2623和0.2310,方形水箱的平均无量纲（火用）是圆柱水箱的1.14倍,表明同样工况时,方形水箱内的掺混比圆形水箱内的强;（5）水箱内无量纲（火用）随无量纲时间的增加逐渐减小。（火用）值越大意味着水箱内掺混程度越高,能取出的有用热量越少,即取出的热水更少。