能源消耗与环境污染问题促进了可再生能源的利用与发展。太阳能资源丰富,是非常具有潜力的可再生能源之一,但其具有随机性、不稳定性以及间歇性的特点,因此,蓄热技术成为了太阳能资源利用的关键技术之一。相变蓄热技术近年来发展迅速,其中无机水合盐相变材料（PCM）凭借其大体积蓄热密度,低成本的优点而备受关注。过冷及相分离现象是水合盐在短期蓄热系统中应用的主要障碍。研究表明,通过添加多孔基等材料对水合盐进行复合定形,可以显著降低过冷度和减轻相分离现象,还可能提升材料的导热性能。因此,本文针对采用膨胀石墨（EG）作为基材的定形水合盐复合相变材料开展研究。数值模拟是开展相变材料蓄热性能及其应用研究的重要手段,但水合盐复杂的过冷结晶过程以及相变滞后特性,使得材料在蓄放热过程中会经历多种不同的工况,即使同温度下也将呈现不同的状态,加大了模拟难度。现有模拟常规固-液相变过程的焓法和等效热容法模型、CFD软件中的凝固与融化模型或多相流模型,均不能解决过冷及结晶过程的模拟问题。目前,仅有的单体水合盐相变一维结晶生长计算模型,只针对冷却过程,未考虑相变滞后特性;而且单体材料的过冷度显著大于定形复合材料,其结晶生长的计算方法是否适用于定形复合材料存疑;此外,在实际的相变蓄热器中,仅考虑一维过程是无法满足要求的。因此,本文针对定形水合盐材料相变蓄热的模拟计算问题开展了系统性的研究。以三水醋酸钠（SAT）/十二水磷酸氢二钠（DHPD）-EG复合相变材料为研究对象,制备材料并测试了其基础数据、设计搭建了结晶生长速度测试实验和套管式相变蓄热器实验台,根据实验发现的相变蓄放热特性和获得的结晶生长速度计算式,建立了完整考虑结晶生长、相变滞后、动态工况条件下部分相变等过程的圆柱坐标系计算模型,用实验数据验证了模型的准确性;在此基础上,提出了几种简化结晶生长过程的计算模型,并评价了它们的计算偏差;最后,应用本文建立的计算模型,对一个太阳能短期蓄热系统进行了仿真模拟,并评价了系统的性能。具体的工作内容如下:（1）制备了不同配比的SAT/DHPD-EG复合相变材料（后文简称定形SAT）,采用冷却曲线法测得各样品的过冷度及相变温度。测试了不同配比材料在熔化状态下的泄漏情况,从中挑选出合适的样品搭建了套管式相变蓄热器蓄放热实验系统,得到了其在不同工况下的温度场变化情况,为本课题建立的定形水合盐蓄放热数值模型提供验证数据。针对现有的结晶生长速度测试方法仅适用于透明的单体水合盐,提出了测试不透明复合材料的结晶生长速度与凝固时间的实验方法,在实验基础上,获得了定形SAT的结晶生长速度与凝固时间两参数的拟合计算式。（2）考虑相变滞后与结晶过程,建立了圆柱坐标系下定形SAT蓄热器的二维相变蓄放热数值模型,将数值模型模拟结果与实验数据对比,找出模型的不足之处。进一步改进结晶过程和结晶生长方向的模拟策略、模型的离散格式及求解过程。对比实验数据,证明改进的数值模型提升了准确性;计算耗时的对比表明改进后的模型计算速度显著提高。（3）针对建立的定形水合盐相变蓄放热数值计算模型,提出了单生长模型、瞬时结晶模型和忽略过冷模型等三种简化模型方案,对比实验数据,评价了简化模型方案的准确性。准确性由高到低依次为完整模型、单生长模型、瞬时结晶模型和忽略过冷模型。在99组边界条件搭配下,进行了396次数值模拟,通过对模拟结果的对比分析,得到三种简化模型的累积输出热量最大相对偏差分别为3.0%、9.0%和32.7%。（4）相变蓄热器在实际应用条件下,会在加热与冷却工况之间转换,当PCM还正处于相变过程中就发生了工况的转变时,便可能发生部分相变循环情况。针对这一情况,在蓄放热数值计算模型基础上采用曲线比例法对部分相变循环工况建模,并实现了各工况间的转换连接,使得模型可以在动态的HTF（传热流体）入口边界条件下,根据各节点材料状态及边界条件变化情况来更新各节点当前工况并进行对应的求解。（5）提出将相变蓄热器与蓄热水箱串联运行的太阳能供热系统形式,搭建了系统的数值仿真模型,并将前文建立的相变蓄放热数值模型纳入其中,模拟研究了PCM物性参数对系统运行效果的影响,并进行了系统部件之间的匹配优化。