储热可以解决热量在供给侧和需求侧时空不匹配问题,具有很大的研究和应用前景。而相变储热作为储热技术的一种,储热密度高,温度变化小,有着明显的优势;但是相变材料导热系数普遍较低,限制了相变储热技术的大规模应用,需要寻找合适的强化措施。而自然循环两相热虹吸回路作为一种高效的传热器件,无需毛细芯,结构简单,且不依靠外界泵功输入,可以实现对相变储热的强化。本文的研究是围绕自然循环两相热虹吸回路及其与相变储热的耦合系统开展的。首先,本文开展了自然循环两相热虹吸回路的实验研究,搭建了相关实验台,分析了变工况条件下,充注量、冷源温度、加热功率和冷热端高度差对自然循环两相热虹吸回路换热性能的影响,并同时涉及单相态,两相态以及超临界态。结果表明,随着加热功率的增加,高度差的降低和冷源温度的增加,系统热阻增加,换热性能变差。选取合适的充注量对换热性能影响很大,低充注量易导致过热现象,大充注量易导致过冷现象,过冷和过热现象均会恶化自然循环两相热虹吸回路的换热性能。然后,本文开展了自然循环两相热虹吸回路的模拟研究,基于质量、动量和能量守恒方程建立了一维数学模型,可以模拟单相态,两相态以及超临界态下的工作性能。模型用实验结果进行验证,误差低于±10%。模拟主要分析了变工况条件下,管径、充液率、冷热端高度差、加热功率、冷源温度和工质种类对自然循环两相热虹吸回路换热性能的影响。结果表明,大管径和适中充液率时,热阻较低;随着冷热端高度差的增加,热阻先降低后增加;尽管高加热功率时回路内质量流量增加(导致热阻降低),但是过冷区和过热区也会增加(导致热阻增加),此时热阻的大小受这两方面因素的共同影响;随着冷源温度的增加,蒸发器出口干度增加,热阻降低;为保证良好的换热性能,回路内充注工质应选择低粘度、汽液密度差大的工质。而且研究发现,当回路内出现超临界态时,两相区消失,系统热阻急剧增加。根据自然循环两相热虹吸回路的模拟研究可知,充注工质种类对自然循环两相热虹吸回路换热性能的影响很大,因此在特定的工作条件下选择合适的循环工质可以优化回路的换热性能。因此,基于已经建立并验证过的模型,本文开展了针对了自然循环两相热虹吸回路充注工质的研究。首先分析了充注三种不同工质(R-125,R-134a,R-600)时,加热功率和冷端温度对回路传热性能的影响。然后,选取了9种工质(R-116,CO2,R-125,R-134a,R-1234ze,R-600a,R-600,R-123和乙醇),分析在不同蒸发器温度和冷凝器温度下,自然循环两相热虹吸回路的工作性能。结合模拟结果,本文绘制得出了工质选取标准图,可以根据特定的蒸发器温度和冷凝器温度选取合适的工质,确保优异的换热性能;此外,通过无量纲分析,得出了适用于大部分制冷剂的选取标准,为自然循环两相热虹吸回路的实际应用提供理论指导。最后,结合自然循环两相热虹吸回路的研究结果,搭建相变储热耦合自然循环两相回路实验台,开展相关实验。根据前面章节的讨论结果,选择了合适的工质R-600和合适的充液率50%。相变材料采用赤藻糖醇。储热过程采用恒功率电加热,释热过程采用市供自来水冷却。首先,实验分析了自然循环两相热虹吸回路和储罐的工作特性。在整个储释热过程中,系统等效热阻可低至0.16oC/W,表明其良好的换热性能以及稳定的运行特性。随后,实验分析了不同加热功率下,系统的储释热特性。结果表明随着加热功率的增加,系统储热速率增加,但是储罐内热分层现象加剧。最后,计算得出了系统的储释热效率,发现其与系统保温有很大的关系。为了保证良好的储释热循环,需要强化系统保温,且选择合适的加热功率。