中国乃至整个世界对保障能源安全、保护生态安全、应对气候变化等问题日益重视,加快开发利用可再生能源已经成为世界各国的普遍共识和一致行动。太阳能作为世界上最为丰富、清洁、可广泛获取的可再生能源,其高效利用可有效地改善能源短缺及能源结构不合理等问题。但太阳能的间歇性和不稳定性,是阻碍太阳能工业化和产业化的一大难题,将大量的太阳能辐射储存起来,保证连续高效地供能是目前亟待解决的问题,但蓄热技术是国内太阳能利用中最为薄弱并有待于进一步提高的环节。本文结合学科知识,采用理论分析与数值模拟相结合的技术手段建立太阳能分级蓄热系统,系统由低温显热蓄热、高温显热蓄热以及相变蓄热三部分组成。对于低温显热蓄热部分,本文采用管壳式结构,水作为传热介质,蓄热材料为高温混凝土,以加载时间作为目标函数进行数值模拟研究,得到其监测点温度随时间变化趋势及温度场变化情况,并根据已有文献进行加载时间的计算,计算结果与模拟结果有较好的一致性。此外,对其影响因素进行分析,其中包括:混凝土导热系数、传热介质流速、管径以及传热厚度。由于传热面积对加载时间影响较大,本文对蓄热罐结构进行优化改进,增大换热面积并且使其温度场分布更加的均匀。对于高温显热蓄热系统,本文采用螺旋管结构,传热介质为过热水蒸气,高温混凝土为蓄热材料,对其进行数值模拟。对于太阳能相变蓄热部分,本文数值研究管壳式蓄热单元的蓄热特性,传热介质为水,相变材料为石蜡。研究结果表明,直管蓄热罐的加载时间为24000s左右,随着导热系数、传热介质流速即及管径的增大而减小,且传热厚度越大,加载时间越长。低温螺旋管蓄热罐中进上下出的形式使蓄热罐温度场呈现上下完全对称的情况,并且实现了温度场分布的均匀性,同时大大提高了其加载效率。通过对高温蓄热罐的数值研究得到了其温度随加载时间的变化,并得到了加载完成时不同截面的温度场,有明显的分层现象。此外,建立了太阳能相变蓄热单元,并进行相关的数值模拟研究,得到相变蓄热单元液相分数随时间的变化以及不同时刻蓄热单元的熔化云图。