这篇文章标题为《A Review of Fin Application for Latent Heat Thermal Energy Storage Enhancement》，发表在 Journal of Energy Storage (Volume 85, 2024, Article ID: 111157)，作者为 Zheng Hua Low、Zhen Qin 和 Fei Duan，隶属于新加坡南洋理工大学 (School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University)。本文是一篇学术综述，重点回顾了在潜热热能储存(LHTES, Latent Heat Thermal Energy Storage)系统中，金属翅片（Fin）的应用及其对热能储存性能的优化。以下是文章的详细分析。
潜热热能储存（LHTES）是一种广泛应用于太阳能热发电、能源高效建筑、制冷和隔热等领域的能源储存技术。LHTES 的核心材料为相变材料（PCM, Phase Change Material），其通过储热和放热过程的相变实现能量存储。然而，PCM 的热导率通常较低，这直接限制了 LHTES 的热传输效率。为提升热性能，研究者引入翅片结构以扩展热传导面积、均匀温度场并缩短充放热时间。
文章回顾了各种几何结构和翅片设计参数（如长度、角度、位置、间距、材料、厚度与多孔设计等）对死区（Dead Zone，即 PCM 中熔化或凝固速度最慢的区域）的影响。通过详尽的文献整理，本文旨在提供设计潜热热能储存系统的理论参考与实践依据。
文章从矩形、圆柱形、球形等几何外壳的角度讨论了 LHTES 系统在不同应用环境中的使用情况，并强调了几何配置对热传输速率的直接影响：
文章详细讨论了以下几种常见翅片类型的热性能优化效果与应用场景：
纵向翅片（Longitudinal Fin）：主要用于圆柱和管壳式结构，因设计简单且易于制造而被广泛研究。优化设计参数包括翅片的长度、角度及材质。研究显示，翅片长度与其位置对于消除死区至关重要，同时适当倾斜的角度和集中翅片分布在热源附近的设计表现更好。
环形翅片（Annular Fin）：以圆柱形外壳为主要使用场景，可显著提升 PCM 熔化与凝固速率。非均匀间距的分布方式被证明可以高效减少死区，同时更好均匀化温度场。文章也提到了一种 “开孔翅片（Perforated Annular Fin）”，通过在翅片上增加孔洞以加强自然对流，进一步缩短充放热时间。
阶梯型翅片（Stepped Fin）：包括向下阶梯和向上阶梯两种设计，用于侧壁加热型矩形结构。在一定条件下，该设计比传统水平翅片更加高效，表现出平衡热传导与对流效应的潜力。
针式翅片（Pin Fin）：常用于紧凑型设备（如移动设备和电子元件的散热）。实验表明，针式翅片对热性能的提升效果会因具体的应用需求（如高热密度负载）而有所不同。
非传统翅片：包括螺旋形翅片、树形翅片和波纹翅片等，这些创新设计通过增加表面积或改善自然对流路径实现了显著的热性能提升。
翅片长度、厚度、数量、角度与间距均是优化过程中需要权衡的关键参数。在不同组合情境下，文章总结了一些优化策略和参数阈值： - 翅片长度：当长至可以接触死区时，熔化时间会显著减少，但过长的翅片则可能阻碍自然对流。 - 翅片角度：对矩形结构，负角度（向下倾斜）翅片优于正角度翅片；对于圆柱模型，确保翅片尽可能延伸至底部死区。 - 翅片厚度：通常设计为 2-3mm 的厚度可以在性能与 PCM 体积之间取得平衡。 - 翅片材质：选择高导热材料（如铝或铜）通常会显著提升性能，但需考虑材料与 PCM 之间的腐蚀兼容性。
自然对流的存在显著影响 LHTES 的热性能，尤其在熔化或凝固过程的后期阶段。文中提到，早期融化时以热传导为主，而液态 PCM 的增加催生对流增强。设计优良的翅片能够最大程度地利用这一特性。
此综述从几何设计、翅片应用和参数优化等多个方面，系统性地探讨了提升 LHTES 热性能的策略，并提出了未来研究方向。其主要贡献包括：
本综述在潜热热能储存领域具有较高的参考价值，可为能源系统设计者、研究者和工程师提供实质的设计参考，也为后续研究指明了若干值得深入探索的方向。