太阳能是世界上储量最为丰富的清洁、可再生能源,但是在太阳能的利用过程中往往伴随着间歇性和不稳定性的特点;人们提出可以采用蓄热储能系统将太阳能以热能的形式储存起来,以保证发电系统连续高效地运行;大规模蓄热储能技术已逐渐成为太阳能热发电产业中的关键技术之一,研究蓄热技术尤其是中高温蓄热技术,对提高光热发电的发电效率和降低投资成本具有极其重要意义。对于太阳能热电站来说,目前工程应用最为广泛的蓄热系统便是双罐蓄热系统,但是双罐蓄热系统的投资成本较高;因此,人们提出了单罐斜温层蓄热系统,与双罐系统相比采用单罐系统可以有效降低蓄热系统的投资成本;单罐系统冷、热工质储存在一个罐体中,利用冷、热工质的密度差依靠浮力驱动来实现冷、热工质的自然分层;由于单罐中斜温层的存在,单罐系统的放热效率普遍较低,为克服这一缺点,本文在单罐的基础上进行改进,在单罐蓄热罐的上部增加一个壳管式相变换热器,从而构成单罐混合蓄热罐。基于焓法建立相变蓄热单元的数值模型,数值研究结构参数和入口参数对蓄热单元蓄热性能的影响,并讨论工质的导热系数和相变材料熔点温度对放热特性的影响;并在对相变蓄热单元研究的基础上建立单罐混合蓄热罐的数值模型,将数值模拟结果与实验结果进行对比后,对混合蓄热罐进行特性研究与优化设计;研究了相同情况下混合蓄热罐与常规斜温层蓄热罐在放热特性方面的差异,并探究入口速度边界条件、蓄热罐结构和填充床等参数变化时对放热特性所产生影响。本文的研究对蓄热罐的优化设计具有一定的指导意义。