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一直以来,太阳能以来源广泛、清洁无污染和可再生性等优势而成为能源领域的研究热点。然而,由于太阳能不稳定性和间断性的缺点而导致能源供需不匹配的问题限制了其广泛的应用。潜热储能技术具有储能密度高、蓄放热温度恒定等优点已被应用于太阳能蓄热系统。传统的相变材料（PCM）存在导热系数低、易渗漏、吸光率差等缺点,限制了在太阳能蓄热系统的广泛应用和商业化。本文制备掺杂碳纳米管（CNTs）的石墨烯气凝胶（GA）具有高导热骨架结构,用此封装传统有机PCM很好的解决了传统PCM的缺陷。本文主要研究工作如下:在这项研究中,制备了以氧化石墨烯（GO）和碳纳米管（CNTs）组成的混合石墨烯气凝胶为多孔骨架支撑结构,石蜡（PW）为相变基体的复合PCM（PW/GA/CNTs）。在PW/GA/CNTs中,用多孔骨架结构的石墨烯气凝胶封装PW,在相变过程中起到防渗定形的作用,同时提供更多高效的热传导通道,CNTs缠绕在骨架结构和填充在多孔介质中可增加热传导表面积,可进一步提高导热系数。具有2.2 wt%杂化石墨烯气凝胶的PW/G2C1-CA样品的导热率高达0.46 W m-1 K-1,是纯PW(0.26 W m-1 K-1)的1.77倍;在太阳光波长0.3-2.5μm范围内的平均吸收率接近1,是纯PW的1.4倍;具有与纯PW接近的潜热值。建立多孔介质相变传热数值模型,通过与实验结果对比,数值模型有较好的吻合性。在此基础上建立基于太阳能无釉平板蓄热器数值模型,模拟复合PCM在太阳能蓄热系统中光-热转换、热能储存和热能利用的耦合过程。相比于PW型蓄热器,PW/G2C1-CA型蓄热器在光-热转换过程整体温度分布更均匀,光-热转换结束时其体平均温度比PW型相变蓄热器高20°C。计算得PW/G2C1-CA型相变蓄热器的总效率为27%,比PW型相变蓄热器高13%,总热能损失中对流传热损失和辐射传热损失分别占32%和41%。由此可见,PW/G2C1-CA型蓄热器在太阳能储存系统展示出良好的蓄放热性能,具有一定的工程应用潜力。以放热过程的相变蓄热器为研究背景建立2D相变单元,将BOBYQA算法与相变传热模型相结合改进传统Y型肋片的布局方式,建立最小目标函数和约束条件,利用多目标参数优化探索具有最短放热时间的肋片布局方式。结果表明,优化后的结构使放热时间缩短74%。