风能由于具有分布地区广泛、不造成环境污染、资源蕴藏量丰富等优势,现已成为可再生能源发展的主力军。然而,截至目前风电的发展还存在诸多问题有待解决,如风电并网、消纳问题依然严重,尤其是在三北地区,弃风现象较为普遍。同时我国电力系统谷峰问题较为突出,电网在负荷高峰时拉闸限电,而低谷时,停掉部分机组。机组频繁启停不仅增加能耗,而且影响机组寿命。在供热地区,电蓄热技术是解决风电并网问题,提高电网调峰能力的有效途径之一。电网系统利用低谷时期的电能或者无法并网消纳的弃风电通过电加热装置将热量储存于蓄热材料中,当需要时对热用户进行供热。本文针对固体电蓄热装置内的流动、传热与结构强度等现象进行了数值模拟分析。建立能够准确描述蓄热装置内导热、对流换热、辐射换热、湍流流动以及由于压力载荷、温度载荷作用下蓄热体强度的三维热-流-固耦合数学模型。计算得到蓄热装置内温度分布、流场以及应力场,以优化蓄放热性能、降低应力值及应力变化幅值为目标,对装置进行操作参数优化,并对比不同电热丝数量、孔隙率以及单双回程结构的优缺点。数值计算结果表明,蓄热体通道四个表面直接接受电热丝辐射,温度较大,且相差很小,平均温度最大为885K。蓄热结束后,蓄热体平均温度达763K,与初始温度482K相比,上升了 281K。随着加热强度的增大,蓄热体平均温度基本不变,但蓄热体内外温差增大。入口流速为28m/s时,蓄热体放热时温度由763K降为423K,出口流体平均温度在389k到625K之间。蓄热过程中,在温度载荷的作用下,最大应力随时间不断增大,最大变形量为0.0286m。考虑蓄热体在温度载荷、压力载荷以及两者共同作用下放热前期应力场变化,发现:仅加载压力载荷时,最大应力为31.5KPa,仅加载温度载荷时,最大应力为89MPa,两个载荷共同加载时,最大应力依然为89MPa。蓄热体所受应力主要受温度分布的影响,压力的影响可以忽略。蓄热体经受高温、低温引起的应力变化是故障产生的原因,且应力变化幅度越大的位置更易出现故障。线膨胀系数较小的材料,可降低最大应力以及应力变化幅值。电热丝个数为72,孔隙率为20%的蓄热体温度分布均匀性较好,应力变化幅值也是最小的。单双回程蓄热体结构各有优缺点:单回程结构压力损失为462.80Pa,双回程结构压力损失达1032Pa,然而双回程结构流体与固体换热较为充分,蓄热体放热速率较快。“膨胀缝”的存在可使双回程结构的最大应力由127.48MPa降为55.14MPa,极大降低应力以及应力变化幅值,避免装置由于高温引起的热应力过大或者应力变化产生的各种故障。综上所述,本研究建立的固体电蓄热装置热流固耦合多场耦合数学模型,得到了蓄热装置内温度分布、流场、以及应力场,操作参数优化以及结构优化的结果可为蓄热装置的实际应用提供理论依据。