我国的工业余热资源丰富,但具有分散性、不稳定性、间歇性等特点,回收利用难度较大,因此探究回收利用工业余热、提高能源利用效率的新技术是当前节能减排工作的重要方向。相变材料的储热密度高、热稳定性好,管壳式储热换热装置结构简单、应用普遍,将二者结合可以更好的回收利用间歇性工业余热,解决能源在时间和空间上供求分配不均匀的问题,对实现间歇性工业余热的高效回收和转化利用具有现实意义。本文的研究是针对低温工业余热的回收与利用,因此选择具有合适的相变温度范围、较大的相变潜热、热稳定性好、无毒无污染、经济成本低廉的相变材料十分重要。基于以上因素,结合未来可能应用于建筑供暖系统的温度条件,选择有机相变材料石蜡作为研究对象。通过实验测试,对所选取切片石蜡的密度、导热系数、比热容、粘度、相变温度和相变潜热进行了实验研究。通过Fluent软件对相变材料石蜡的熔化过程进行二维数值仿真模拟,探究石蜡在相变过程中的传热机理。数值模拟结果发现:在自然对流的影响下,相变材料石蜡的上半部分整体比下半部分熔化较快。熔化速率主要分为出现、旺盛和减弱三个阶段。自然对流加速石蜡熔化的旺盛期大约占熔化时间的一半,通过模拟得到了一组可供参考的液相比和温度场数据。设计了一款管壳式相变储热换热装置,通过管内载热流体水将相变材料石蜡存储的热能进行转换输出。建立三维单元模型,数值模拟相变储热换热装置熔化蓄热和凝固放热相变过程的传热特性,分析装置内相变材料石蜡在一定工况条件下的液相比、温度场、传热介质的温度变化。模拟分析结果表明:换热管内载热流体水的出口温度在蓄热初期增长速率较快,随后减缓且换热效果稳定。在凝固放热过程初期,液态相变材料石蜡凝固速率很快,之后随着传热热阻增大,凝固速率逐渐减缓。通过改变载热流体水温和入口流速,设定18组对比工况条件,数值模拟管壳式相变储热换热装置在不同工况条件下的传热特性。数值模拟结果表明:在熔化蓄热过程中,入口水温越大,相变材料石蜡开始熔化的时间越早,完全熔化时间也越短。入口流速越大,出口温度值越高,并且随着熔化蓄热过程持续升高。在凝固放热过程中,石蜡完全凝固时间受入口温度和入口流速的影响,但不随其等梯度变化。载热流体的入口温度比入口流速对出口温度变化的影响更显著,进而影响相变蓄热换热装置的传热效率。研究结果可为管壳式相变储热换热装置的优化设计提供理论参考和依据。