本文在相变材料热物性实验研究的基础上,采用相变储能技术设计了一款新型太阳能热水系统,以解决传统太阳能热水系统中存在的晴朗天气热量过盛以及阴雨天气热量不足的问题,达到削峰填谷的目的。然后以数值模拟作为主要的研究手段,分别讨论了热水系统中相变水箱在不同条件下的蓄放热相变过程。根据居民日常用热水温度,首先确定相变材料的相变温度应在50℃到60℃之间,综合考虑选用相变温度在53℃左右的肉豆蔻酸,对其固液态密度、相变前后的体积膨胀率进行测量,并利用DSC、Hot Disk等热分析仪器测量出该肉豆蔻酸的准确相变温度、相变焓及热导率等热物性参数;其次,以北京市某小区坡屋面独栋两单元九层住宅为例,结合相变储能技术,设计出7管4翅片和19管8翅片卧式相变水箱,根据相变传热的相关理论,搭建物理模型和数学模型;利用FLUENT软件对相变过程进行数值模拟,讨论了在有无自然对流或有无翅片的情况下肉豆蔻酸的蓄热过程,并分析了换热管数量、热源温度和翅片数量对肉豆蔻酸蓄热过程的影响,同时基于19管8翅片模型模拟了肉豆蔻酸的放热过程,为相变水箱的优化设计提供理论依据。模拟结果显示:在相变材料的蓄热过程中,自然对流现象对肉豆蔻酸的熔化速率有着积极地促进作用,因此不应忽略。并且,在保证蓄热量不变的前提下,翅片和换热管数量的增加,可有效增大相变水箱的换热面积,提高换热效率。同时,不同的热源温度和翅片数量对肉豆蔻酸的蓄热过程影响较大,通过模拟结果可知,相比热源温度为70℃的模型,90℃的模型完成蓄热仅需453min,可将肉豆蔻酸的蓄热时间缩短43%。此外,随着翅片数量的增加,肉豆蔻酸开始熔化的时间延长,但总体的蓄热时间明显减少,19管8翅片模型完成蓄热的时间比4翅片、6翅片模型分别提前了99min和57min;在相变材料的放热过程中,由于开始阶段温差较大,放热现象明显,随着换热的进行,温差逐渐减小,凝固现象逐渐减弱,凝固速率逐渐趋于水平。