在不可再生能源愈发匮乏和环境污染问题日益加剧的今天,可再生能源的开发与利用显得尤为重要。以太阳能和风能为代表的可再生能源具有明显的波动性和不稳定性等特点,这对后续的利用产生了不良影响,供需之间在时间和空间上的不匹配也会致使能源利用效率低下。梯级相变储热技术能够很好地应对这一问题,同时还可有效减小蓄热系统体积,节约成本,提高空间利用率,因而在实际应用中具有重要意义。虽然在全球范围内对梯级相变储热技术已经展开了一系列研究,但对于多管式梯级相变蓄热系统的研究仍比较匮乏。因此,本文从实验装置、系统性能和模拟优化三个方面出发,对四管式梯级相变蓄热系统进行了实验研究,并采用实验研究和数值模拟优化互相结合的方法对其进行探讨分析。本文分别搭建了四管式梯级相变蓄热系统与单管式梯级相变蓄热系统,表征了三种相变材料（石蜡）的热物性参数,测量了梯级相变蓄热系统内部相变材料的温度变化。并分别对四管式单级相变蓄热系统与四管式梯级相变蓄热系统、单管式梯级相变蓄热系统和四管式梯级相变蓄热系统的蓄放热性能进行了热力学分析,研究了进口换热流体温度、换热流体流量、相变蓄热单元级数、相变蓄热系统内换热通道数量等参数对梯级相变蓄热系统热力学性能的影响。经过一系列实验数据对比分析,以相变材料蓄（放）热量、蓄（放）热速率、最高蓄（放）热效率、（火用）储量以及（火用）效率等热力学参数作为评价指标,得到了本实验的最优蓄放热工况:80 oC-2 L/min-四管式三级相变蓄热实验系统;10 oC-2 L/min-四管式三级相变放热实验系统。基于Fluent软件,采用等效热容法建立三维非稳态梯级相变蓄热系统模型,采用实验系统逐时红外温度与模拟逐时温度云图进行对比,同时对实测温度与模拟温度的最大相对误差和平均误差进行数据分析,验证了模型的准确性。然后对梯级相变蓄热系统的热力学性能进行模拟计算,改变梯级蓄热系统内部的换热通道数量,并对同一数量换热通道的不同排列组合方式进行优化模拟;同时对相变梯级蓄热系统内部材料的不同导热系数进行分析计算。结果表明,四管式梯级相变蓄热系统（排列二）模型有着较优的时间和速率参数;导热系数为2 W·m-1·K-1的模型属于较优导热系数模型。经过上述研究可得,四管式梯级相变蓄热系统展示出了优良的储能潜力,同时梯级相变蓄热系统的优化研究对其推广应用提供了重要的理论依据。