相变热储能（Latent heat thermal energy storage,LHTES）是一种通过相变材料（Phase change material,PCM）的熔化（凝固）过程进行吸收（释放）热量的技术。该技术由于安全稳定,可靠性高,相变潜热值较高,相变过程中温度保持恒温或者变化范围较小等众多优势,在众多工业领域中发挥着重要作用。然而,由于PCM的导热系数相对较差等特性,限制了相变热储能的进一步发展。目前,优化相变材料的热物性参数,优化相变储能结构等方式是当前的研究热点。采用石蜡、泡沫铜和聚丙烯材料作为复合相变储热结构的多孔介质、PCM和容器。通过搭建实验平台,研究相变储热结构在恒定温度下PCM的熔化过程。通过对比纯PCM和多孔介质填充下PCM内部热电偶的温度变化,发现使用泡沫金属能够提高PCM温度的上升速度,使其尽快达到稳定温度,并且提高了PCM内部温度分布的均匀程度。在数值模拟中,建立多孔介质下流体的流动和传热模型,并采用焓-孔隙率模型对PCM的相变过程进行模拟。此外,关于纳米颗粒对PCM的流动和传热的影响,以及Boussinesq近似也考虑到计算模型中。通过将模拟数据和实验结果进行对比,验证了计算模型的准确性。并且,通过与其他文献的数据进行对比,进一步验证了纳米颗粒填充下PCM相变过程的准确性。通过采用不同孔隙率分布的多孔介质,分析相变储热结构的完全熔化时间和平均吸热功率等参数。结果表明:（1）对比纯PCM,使用多孔介质能够使得完全熔化时间降低73.7%,平均吸热功率提高2.43倍。（2）与均匀孔隙率的多孔介质相比,当孔隙率沿y方向增加时,完全熔化时间缩短了4.26%,平均吸热功率增加3.54%。（3）为了进一步提高相变储热结构的传热性能,将多孔介质划分成上下两个部分,其孔隙率分布分别沿x方向增加和沿y方向增加。该划分方式能够充分利用PCM在熔化过程中的对流换热效果以及多孔介质的高导热特性。与均匀孔隙率的泡沫金属相比,完全熔化时间能够进一步缩短6.78%,平均吸热功率提高4.26%。通过采用纳米颗粒和多孔介质,研究相变储热结构的放热过程。详细分析纳米颗粒的体积分数（φ）和多孔介质的孔隙率分布对PCM凝固过程的影响。结果表明:（1）向PCM中增加纳米颗粒会提高液体PCM的粘度,导致对流换热效果降低,但纳米颗粒对PCM导热系数的提高更加明显。随着纳米颗粒的体积分数从0增加至0.1,完全凝固时间降低30.15%。此外,提高纳米颗粒含量不会降低温度不均匀性的最大值,但能够提高温度不均性的降低速度。（2）多孔介质对相变储能结构的传热性能的增益效果高于纳米颗粒。此外,孔隙率的不同分布影响LHTES的传热性能。当孔隙率沿x方向增加时,PCM的凝固速度最快。（3）综合使用纳米颗粒和多孔介质能够进一步提高储热结构的能量效率。当孔隙率分布为ε=2x+0.88以及φ=0.1时,能量效率最高。对于水平管壳式储热结构,通过分析孔隙率和孔密度分布,内壁面温度和初始温度,以及直径比等参数,对二维管壳式储热结构在放热和吸热过程中的PCM的温度,速度以及平均传热功率等参数进行分析。此外,建立三维管壳式储热结构模型,分析沿轴向孔隙率分布的多孔介质对LHTES的传热影响。结果表明:（1）当孔隙率沿外径方向增加时,能够提高LHTES的传热性能。当孔隙率沿y方向增加时,能够加速PCM的熔化过程,但是由于靠近外壁面的多孔介质导热率较低,导致在放热过程中PCM的凝固速度降低。（2）LHTES在放热过程中PCM的对流换热强度远低于吸热过程。当孔密度较高时,靠近外壁面的多孔介质渗透率降低,流动阻力和比表面积增加。在均匀孔密度分布中,孔密度较高时LHTES吸热效果较差,但是放热效果较好。当孔密度沿外径方向增加时,能够在放热过程时充分利用靠近内壁面的对流换热,在吸热过程时靠近外壁面的多孔介质换热面积大的特性,来实现提高LHTES换热效率最优的孔密度分布。（3）当内壁面温度与PCM相变温度的温差增大时,平均换热功率随之增加,完全凝固或熔化所需要的时间降低,但降低的幅度会逐渐减小。（4）在初始温度对LHTES传热性能的影响中,初始温度的变化对PCM完全相变所需要时间影响不大。然而,初始温度会影响LHTES在吸热（或放热）总量。当初始温度与PCM相变温度越大时,LHTES的传热性能越高。（5）直径比的减小增加了内壁面的换热面积以及降低了PCM的总质量,使得PCM的熔化（凝固）速度增加,内部温度达到稳定温度的时间越短。（6）当孔隙率沿着换热流体（Heat Transfer Fluid,HTF）的流动方向降低且梯度值较小时,能够进一步的提高LHTES的传热性能。梯度较大时会导致靠近局部热流密度下降,延长PCM完全相变所需要的时间。