低成本且适合大容量使用的储热技术是太阳能热发电技术商业化应用的关键，同时也是太阳能热发电技术相较于其他可再生能源技术的主要优势所在。单罐斜温层储热技术使用熔融盐或者导热油作为储热介质和换热流体并结合固体储热材料低成本的优势，可以实现较好的热容量，成本，效率和高温可用性的平衡，有良好的发展前景，本文针对单罐斜温层储热系统这一关键问题，采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的研究方法，从参数分析，设计方法和动态特性几个方面进行了深入的分析和研究，本文的主要内容和结论有:　　(1)针对斜温层储热系统中尚未被研究过的实际应用条件，使用建立的瞬态，二维，两相模型结合熵产分析方法，评估和对比不同传热流体，储热固体材料，不同入口流动非均匀性和不同物理边界（内衬和倾斜壁面）下斜温层储热系统性能。并与文献中数据进行了对比，提出了用熵产来代替斜温层厚度衡量储热系统充放热性能。发现使用Solar salt作为传热流体斜温层厚度增长最慢，因此使用在斜温层储热罐中性能最好。而Cofalit(@)作为斜温层储热固体材料最优，相比石英石体积热容增大29.31％并且最大斜温层厚度只有9.09％的增幅。虽然较小的入口速度分布不均匀性和流量可能导致轴向温度波动，但总体而言入口速度不均匀性越小，性能越优。内衬边界结果显示轴向和径向凸起尺寸越小越好，造成流动中较小的平均速度和较少的扰动。圆台型罐体充热过程中有流体和固体储热材料熵产低的优点，然而在放热过程中相反。研究也表明在罐高和罐体积相同时，更大度数的壁面倾角导致较小的斜温层厚度和熵产。在罐体积相同，罐高越高效率越好。　　(2)通过建立的一维，两相，无热损模型得到斜温层储热系统近似解析解，用导热油单罐斜温层储热系统实验平台进行了验证，表明了解析解在表征斜温层整体移动特性上优于数值解。并得到斜温层厚度，放热效率和放热时间，入口速度等主要参数的关联式，由雷诺数和放热效率的关系，提出在罐体尺寸和材料等参数确定下存在最优入口速度。计算表明针对实验工况，在提高流速、缩短放热时间情况下反而使放热效率提高0.7％。并提出新的全面的多参数优化的斜温层储热罐罐体设计方法。通过不同设计算例分析得到了设计参数与罐体高度，直径和效率等关系。通过参数分析发现更大的γf（流体体积热容与等效体积热容比）对斜温层储热系统效率更高，并且使斜温层厚度在开始阶段随放热时间增长更慢，而在最值之后则随放热时间降低更快，此外也使同样的截止出口温度对应的放热时间变大。针对一维单相，有热损模型进行了研究，发现一维单相模型精确性不高。　　(3)分别使用一维两相忽略热损失模型以及一维两相忽略热传导和热损失模型得到入口速度和入口温度波动边界条件下的近似解析解，进行了针对斜温层储热罐的动态特性分析，研究了不同动态入口边界条件下温度分布，固体与流体温差，放热效率，斜温层厚度等参数随放热时间的变化规律。总的来说，入口速度和温度波动，都会强化固体与流体换热，降低固体和流体温差，而且振幅与强化换热效果成正比。但是入口速度波动，不仅会导致出口流量和放热功率立刻波动，而且也会导致高温区流体放热结束后出口温度下降时段出现剧烈波动，放热效率降低。而对于入口温度波动，则由于储热系统的热惯性，出口温度稳定，放热效率更高。