经济社会的发展离不开能源,中国能源资源总量比较丰富,但人均资源拥有量较低,节约能源,是中国缓解资源约束的现实选择。太阳能作为一种能源,在能源发展中具有独特的优势。太阳辐射能量高、分布普遍、作为能源使用时不产生废弃物及有害物质,但也存在能量密度低、转换效率低、季节性、间歇性等缺点,因此,高效的蓄热方法成为提高太阳能利用效率的主要措施。相变蓄热是利用相变材料在一定温度范围内发生相变,利用相变产生的相变热将能量储存下来,在热量供应不足时利用反向相变将储存的能量释放出来。相变蓄热技术可以解决能量供应在时间和空间上的失衡,增大能源利用效率。本文将相变材料与碳纤维结合制备复合相变材料,并将其应用于太阳能蓄热水箱,在白天当经过太阳能加热的热水通过换热铜管,蓄热水箱内的复合相变材料吸收热量发生相变,以潜热的形式将这部分热量储存起来,在夜间流经换热铜管的冷水吸收复合相变材料中储存的热量,使得冷水升温,可用于生活热水。本文选择相变潜热较高的硬脂酸作为相变材料,具有高导热性的碳纤维作为增强传热的添加材料,为解决碳纤维在液态硬脂酸中的沉降问题,加入乙基纤维素,采用熔融共混法制备碳纤维/硬脂酸复合相变材料,并对其进行扫描电镜(SEM)分析、X射线衍射(XRD)分析、差式扫描量热(DSC)分析、热常数分析及热稳定性分析。结果表明:碳纤维/硬脂酸复合相变材料具有较好的化学相容性,混合后无其它物质生成;碳纤维的加入可以有效提高硬脂酸的导热性;随着碳纤维的加入,复合相变材料的相变温度及相变潜热有所减小;碳纤维/硬脂酸复合相变材料具有较好的热稳定性,经过200次融化-凝固循环后,碳纤维在硬脂酸中仍均匀分布,同时,与循环前相比,复合相变材料的相变温度基本不变,相变潜热有所减小。综合考虑各质量配比复合相变材料测试结果,当碳纤维含量为7.5%时,复合相变材料具有较为合适的相变温度、相变潜热和导热性能,此时复合相变材料的相变温度为67.7℃,相变潜热为192.6 J/g。因此,选择7.5%碳纤维/硬脂酸复合相变材料作为相变蓄热水箱的蓄热材料。将碳纤维/硬脂酸复合相变材料应用于太阳能蓄热水箱,建立相变蓄能实验系统,研究复合相变材料的蓄/放热特性,结果表明:在蓄热(放热)过程中,与换热铜管距离越近,温度越高(越低),融化(凝固)越快;在蓄热(放热)初期,温升(温降)较快,随着时间的推移逐渐趋于平缓;在放热过程中,相变蓄热水箱冷水进、出口温差逐渐减小。利用ICEM CFD软件建立相变蓄热水箱模型,Fluent软件对其进行模拟,以探究蓄/放热过程中复合相变材料温度及出口水温的变化规律,结果表明:在相变蓄热过程中,当相变蓄热过程进行到约8h时,整个相变蓄热水箱的温度均达到90℃。在相变蓄热(放热)过程中,相变蓄热水箱下部区域的复合相变材料温度高于(低于)上部区域的复合相变材料,融化(凝固)界面不断向上推进。在相变放热过程初期,出口水温迅速下降,而后趋于平缓,冷水进口温度越高,出口水温越高。在相变放热过程进行到2h时,冷水进口温度为25℃时出口水温为35.8℃,表明将复合相变材料应用于相变蓄热水箱具有一定的效果。