随着科学技术的迅速发展,储能技术在能源、航天、电子等领域的应用越来越广泛。在能源领域,储能技术是保证太阳能、风能等可再生能源实现稳定运行的重要方法,也是诸如建筑、制冷等能量系统平衡用电峰谷、节能减排的有效手段。在航天、电子等领域,由于大量周期性、脉冲型热源的存在,利用储能技术可以有效缓解热源对电子装置等器件的影响,保证系统正常运行,是一种有效的热控方法。相变储能具有储能密度高、工作性质稳定、价格低等优点,因此,在能源、热控等领域中得到广泛的重视和应用。但是,现有的相变储能技术具有一定的局限性,如固-液相变过程中材料密度的变化和液体的流动性所导致的封装困难、易发生泄漏,以及材料本身热导率低等问题；同时,由于相变储能过程的复杂性,还有很多关键性问题没有得到有效解决,这些问题都一定程度上制约着相变储能技术的推广和使用。本文针对上述问题,对相变储能过程中的传热特性、影响因素以及新型相变储能材料的制备和性质等关键问题,进行了系统的理论和实验研究。本文首先针对基于高孔隙率蜂窝结构复合相变材料,通过理论和实验相结合的方法,研究其相变过程中的传热特性与影响因素。采用显热容法建立其理论模型,并在相变区间内将等效热容随温度的变化采用高斯函数平滑过渡来提升计算的效率和准确性;通过与实验结果的比较,证明了理论模型的准确性。研究结果显示,高孔隙率蜂窝复合相变材料热导率呈各向异性,横向热导率对热控影响较小：相比于普通相变材料,其纵向热导率得以大幅提高,使之在储能、热控过程中,可以大幅降低受热面的温度；有效热控周期与负载热流大小呈反比关系。基于上述研究结果,对高导热碳碳蜂窝／正十四烷热控装置在有周期性负载和外部热流等条件下的热控特性进行了理论分析。结果表明，由于碳碳蜂窝的加入,热控装置有效热导率得以提高,从而使得系统的最高温度在热控周期内不超过安全的范围；相变装置在只有当负载与冷却时间相匹配时,才能达到稳定状态。此外,还分析了蜂窝壁与相变材料之间的接触热阻、蜂窝状材料与壳体之间的接触热阻以及相变装置安装底面与舱板之间的接触热阻对最终热控效果的影响,结果表明在当接触传热系数在1000W/(m2·K)以上时,对系统热控影响较小。本文分别通过建筑储能地板采暖系统、MW级高热流长时间热防护系统进一步研究热导率对相变储能的储能特性和传热特性的影响,并提出了一种长时间MW级高密度热流的测量方法。基于所建立的建筑储能地板采暖系统的分析模型,分析了材料热导率对地板采暖系统的换热和漏热影响,研究表明,提高相变材料的热导率,可以使相变材料的温度分布更均匀,相变材料的储能利用率得以提升；有利于提高采暖系统向室内的传热，提高采暖能力：同时,可以大大降低通过隔热材料的漏热，热导率从0.15W/(m·K)提高到1.OW/(m·K)时,漏热将降低40%左右,有利于建筑节能,但随后继续提高热导率对漏热的改善效果将变得不明显。对高热流密度热防护方法的研究表明,提高相变材料热导率是实现长时间测量的必要条件：较大的相变潜热有利于控制重量;相变温度较低更有利于对测量面温度的控制但要高于环境温度。根据这些研究,提出一种采用高导热碳碳蜂窝／相变材料作为热沉的MW级高热流密度测量方法,分析在被测热流为1MW/m2,测试时间为2000s时,所设计热沉结构能使热流计工作在安全温度范围内的同时,重量仅有0.82kg,可以满足高密度热流长时间测量的需求。上述研究结果表明,材料热导率是影响相变传热的重要参数,为了进一步改善相变材料的性能,本文提出了基于高孔隙率蜂窝/定形相变材料的新型复合相变材料,对其热稳定性、热物性、力学性能及热控特性进行了研究。该新型复合相变材料利用定形相变材料解决相变过程的封装问题,利用蜂窝结构提高材料的热导率,改善其力学性能。研究表明，所制备的高孔隙率铝蜂窝复合定形相变材料的热导率可提高到2.08W/(m·K)：耐受极限应力为4.77MPa，比不加铝蜂窝结构提升了25.2%。对铝蜂窝板结构复合定形相变材料热控特性进行了理论与实验研究,结果表明,在承受较大热流负载时,蜂窝的加入可以使相变材料最高温度在一个储能周期内不超过支撑结构的耐受温度极限,保证材料和设备的安全。本文提出了采用柔性相变材料来改善储能/热控装置在应用过程中安装不便、接触热阻较大等问题,并制备出相应柔性相变材料。对该材料的研究结果显示,该材料呈现出极好的结构弹性和形状可恢复性：材料封装性能极好,实验过程中未发现相变物质泄露现象；材料相变潜热为110.6J/g,热导率可以达到0.93W/(m·K),可以满足相变储能及热控需求。最后,为了更方便地分析相变储能和热控过程中各参数之间的关系,为相变储能/热控系统提供简单、方便的分析和评估方法,本文进行了相变储能/热控无量纲准则式的研究。该研究针对应用最广泛的第二类边界条件,通过对相变储能传热特性及大量计算结果的分析,得出了无量纲时间、无量纲温度、无量纲热流、无量纲初始温度等关键无量纲准则数以及反映他们之间关系的无量纲准则式,该准则式的计算误差在5%以内。