相变蓄热技术是近年来常用的一种能源调节的手段,不仅可以解决能源供给与需求失配的矛盾,而且能提高能源利用效率,达到保护环境的要求。石蜡是目前常用的蓄热相变材料,不仅具有熔解热大、性能稳定、无腐蚀等优势,而且资源丰富,储量大。但由于导热系数小,单位密度小和单位体积蓄热能力差等问题,其应用发展受到一定的限制。利用高导热系数、高孔隙率和高比表面积的泡沫金属铜,与石蜡构成复合相变材料,增强石蜡的热传递,强化相变材料的导热系数,是目前应用较广的方法。本课题组之前所做相关研究表明泡沫金属铜的加入,可以有效提高强化石蜡的传热效果,故本文在此基础上,改进泡沫金属铜在石蜡中布置方式,探究不同方式下所构成的复合相变材料的换热特性,开展对石蜡传热效果改善的实验与模拟研究。本文首先在原有的空气源热泵实验台的基础上,搭设新的相变蓄热箱,结合三种方案的特点,在蓄热箱中设定热电偶固定的温度采集点。并对原系统进行改造,建成空气源热泵部分冷凝热回收工作模式的实验测试装置。设计了泡沫金属铜在相变蓄热箱中的三种布置方案,方案一中泡沫金属铜布成两排并成环形分布;方案二以近似垂直于制冷剂盘管的方向成环形分布;方案三以平行于水平轴线的方向成环形分布。结合相变蓄热的原理,通过实验测试和数值模拟的方式,对泡沫金属铜在相变蓄热箱中三种不同布置形式下的蓄热效果和系统性能的影响开展研究,主要研究内容及其结论总结如下:1.通过分析相变蓄热箱内石蜡测点温度的变化,发现三种布置方案中,石蜡温度变化在响应时间上差别不大,均在30 min后蓄热速率开始加快;在相变蓄热的中期(30-210min),是测点温升的最快阶段,方案1的温度从36.4℃升高到70.2℃,温升速率为0.20℃/min,比方案2温升速率高17.6%,比方案三温升速率提高11.1%,且在后期的蓄热阶段,方案一以缩短50min的时间,最先进入潜热蓄热阶段。可见方案一的布置方式下,复合相变材料的蓄热效果最佳,温升速率最快;2.对泡沫金属铜三种不同方案下的系统性能进行实验分析,分别计算并比较了三种方案下的系统各项性能参数(COP值、EER值、COPt、以及Rx等),从各个数据的综合比较来看,泡沫金属铜在相变蓄热箱中不同的布置方式对系统的性能确实存在一定的影响,在方案一的布置中,蓄热量在1404KJ,COP值为4.46,均高于方案二和方案三,且其他性能值也比方案二和方案三的更好一些。3.根据三大守恒定律,建立相变蓄热箱蓄热过程的物理模型,并采用COMSOL仿真软件对相变蓄热箱中的实验方案一进行性能数值模拟研究。通过建立三维模型,对模型进行合理的简化,设定相应的边界条件和初始条件,严格控制网格质量和选取求解器,分析模拟情况下不同时刻的温度场等的变化情况,得到如下规律:泡沫金属铜的加入有效提高了材料的导热系数,温升速率大大提高,提高热回收率,缩短了蓄热时间,通过比对实验值和模拟值,平均偏差为7.8%,符合误差要求,证明模型假设合理,模拟可靠。