Hot water storage tank is the crucial element in solar energy utilization systems. Phase change material can significantly improve the thermal efficiency and the heat storage of hot water tank. In this study, a 3-D model for hot water tank with low melting point metals, sodium acetate trihydrate, and paraffin wax was established and validated by the experimental results. The influence of the inlet flow rates, the thermal conductivity and positions of the phase change materials on thermal characteristics of the hot water tank had been investigated. Results show that the hot water tank with low melting point metals has better performance due to its high thermal conductivity. Besides, with the inlet flow rate of 9 L/min, the released heat energy of the low melting point metals, the sodium acetate trihydrate and the paraffin wax water tanks are 17.22 MJ, 16.77 MJ and 16.37 MJ with the melting rates at the end time of 0%, 28% and 47%, respectively. In addition, as the inlet flow rate varies from 5 L/min to 9 L/min, the distances between the isothermal surfaces (35 °C and 75 °C) of the low melting point metals, the sodium acetate trihydrate and the paraffin wax water tanks increases from 3.98 cm to 7.96 cm, 5.49 cm to 8.57 cm and 5.82 cm to 8.87 cm, respectively, thus, the filling efficiency and Richardson number of the hot water tank with low melting point metals are the highest at the same inlet flow rate and position of the phase change material balls. Therefore, the application of low melting point metals as a phase change material in hot water tank not only can improve the heat storage capacity, but also increase thermal stratification.

热水储罐是太阳能利用系统中的关键要素。相变材料可以显着提高热水箱的热效率和储热能力。在这项研究中，建立了具有低熔点金属，三水合乙酸钠和石蜡的热水罐的3-D模型，并通过实验结果进行了验证。研究了进水流量，导热系数和相变材料位置对热水箱热特性的影响。结果表明，具有低熔点金属的热水箱由于其高导热性而具有更好的性能。此外，入口流量为9 L / min时，低熔点金属，三水合乙酸钠和石蜡水箱的释放热能为17。22 MJ，16.77 MJ和16.37 MJ，结束时的熔化速率分别为0％，28％和47％。此外，随着入口流速从5 L / min到9 L / min的变化，低熔点金属，三水合乙酸钠和石蜡的等温表面（35°C和75°C）之间的距离水箱分别从3.98厘米增加到7.96厘米，5.49厘米增加到8.57厘米和5.82厘米增加到8.87厘米，因此，在相同入口流量下，低熔点金属的热水罐的填充效率和理查森数最高相变材料球的速度和位置。因此，将低熔点金属用作热水罐中的相变材料不仅可以提高储热能力，而且可以增加热分层。37 MJ，结束时的熔化速率分别为0％，28％和47％。此外，随着入口流速从5 L / min到9 L / min的变化，低熔点金属，三水合乙酸钠和石蜡的等温表面（35°C和75°C）之间的距离水箱分别从3.98厘米增加到7.96厘米，5.49厘米增加到8.57厘米和5.82厘米增加到8.87厘米，因此，在相同入口流量下，低熔点金属的热水罐的填充效率和理查森数最高相变材料球的速度和位置。因此，将低熔点金属用作热水罐中的相变材料不仅可以提高储热能力，而且可以增加热分层。37 MJ，结束时的熔化率分别为0％，28％和47％。此外，随着入口流速从5 L / min到9 L / min的变化，低熔点金属，三水合乙酸钠和石蜡的等温表面（35°C和75°C）之间的距离水箱分别从3.98厘米增加到7.96厘米，5.49厘米增加到8.57厘米和5.82厘米增加到8.87厘米，因此，在相同入口流量下，低熔点金属的热水罐的填充效率和理查森数最高相变材料球的速度和位置。因此，在热水罐中使用低熔点金属作为相变材料不仅可以提高储热能力，而且可以增加热分层。随着入口流量从5 L / min到9 L / min的变化，低熔点金属，三水合乙酸钠和石蜡水箱的等温表面（35°C和75°C）之间的距离增加从3.98厘米至7.96厘米，5.49厘米至8.57厘米和5.82厘米至8.87厘米，因此，在相同的入口流量和位置下，低熔点金属的热水罐的填充效率和理查森数最高相变材料球。因此，将低熔点金属用作热水罐中的相变材料不仅可以提高储热能力，而且可以增加热分层。随着入口流速从5 L / min到9 L / min的变化，低熔点金属，三水合乙酸钠和石蜡水箱的等温表面（35°C和75°C）之间的距离增加从3.98厘米至7.96厘米，5.49厘米至8.57厘米和5.82厘米至8.87厘米，因此，在相同的入口流量和位置下，低熔点金属的热水罐的填充效率和理查森数最高相变材料球。因此，将低熔点金属用作热水罐中的相变材料不仅可以提高储热能力，而且可以增加热分层。三水合醋酸钠和石蜡罐分别从3.98厘米增加到7.96厘米，5.49厘米增加到8.57厘米，5.82厘米增加到8.87厘米，因此，低熔点金属热水罐的填充效率和理查森数在相同的入口流量和相变材料球的位置下，它们是最高的。因此，在热水罐中使用低熔点金属作为相变材料不仅可以提高储热能力，而且可以增加热分层。三水合醋酸钠和石蜡罐分别从3.98厘米增加到7.96厘米，5.49厘米增加到8.57厘米和5.82厘米增加到8.87厘米，因此，低熔点金属的热水罐的填充效率和Richardson数在相同的入口流量和相变材料球的位置下，它们是最高的。因此，将低熔点金属用作热水罐中的相变材料不仅可以提高储热能力，而且可以增加热分层。