中高温储热技术是将太阳能、工业余热和废热等能量储存起来,以解决能源时空分布不均或可再生能源供给侧与用能需求侧不匹配所带来的问题,可显著提高能源系统的能量利用率和能量供给稳定性,降低系统成本。因此,开发高效的中高温储热系统和新型集热储热方式对新能源的开发和高效利用具有重要的意义。然而,受相变材料导热系数低和腐蚀性强的影响,中高温填充床潜热储热系统在热性能提升、结构优化设计、高温能量获取方面发展缓慢,严重制约了储热技术的发展。本文从填充床储热系统优化设计、储热材料的实验测试、以及新型颗粒吸热器高温储热方面开展研究。构建填充床潜热储热系统瞬态二维轴对称数值模型,基于焓法模型来模拟相变材料的相变过程,以有效导热系数形式考虑液相过程中的自然对流,结合多孔介质流动与传热理论,对储热系统内部储热单元结构进行优化设计,并通过实验验证模型的正确性。提出一种相变储热球径向梯级排列的结构优化方法,分析储热单元在系统中的排布方式、堆积密度和单元大小的不同结构参数对系统热性能的影响,并分别研究填充床储热系统内部相变储热球的径向梯级排列和轴向梯级排列对系统热性能的影响规律。研究结果表明储热单元采用径向梯级布置可以提高系统的储放热功率,相比于轴向梯级布置方式,径向梯级布置可以明显降低系统的压降,提高系统整体效率,采用径向梯级布置的填充床潜热储热系统高温能量利用率能提升6.5%。基于数值模型,研制一套新型可实现自由串并联储热的中高温潜热储热实验系统,采用硝酸盐作为相变储热材料制备宏观封装相变储热球,通过实验研究获得系统在储热过程、静态保温过程和放热过程中空气和相变储热球的温度变化规律。实验结果与数值预测结果对比证实本文建立的瞬态二维数值模型可以对填充床相变储热系统提供比较精确的预测结果。此外,通过实验研究给出空气温度和空气流速对填充床储热系统压降的影响,空气流速与系统压降呈二次方关系。储热系统的热量获取是整个储热循环系统的关键,因此构建中高温太阳颗粒吸热器光热耦合模型,结合蒙特卡罗法和有限元法,对颗粒吸热器进行二维瞬态数值模拟,分析不同粒径、辐射通量、空隙率和颗粒停留时间对颗粒吸热器温度分布和热转换性能的影响,发现颗粒内部的瞬态传热过程对吸热器出口平均温度和太阳能转换效率的影响较小,0.2～0.4 mm的固体颗粒可获得较高的太阳能集热器出口温度和热转换效率。基于太阳能集热系统,构建太阳能吸热器模型与填充床潜热储存系统耦合动态理论模型,分析入口边界条件对储热循环系统的动态热输运的影响,获得稳态和非稳态入口边界条件下质量流量对储热系统总热交换量、总（火用）输入、（火用）存储和（火用）效率的影响规律,发现稳态和非稳态入口边界条件对潜热储热系统热性能方面表现出明显的差异。