近年来,热能储存(TES)在高效热能利用方面取得了重大进展,在工程实践中的应用范围十分广泛,解决了能源供需矛盾。随着可再生能源在热能系统中地位的不断提升,TES技术的重要性也在急剧增加。在目前的蓄热方式中,潜热储能技术由于具有节约能效和能量密度高的显著优势,引起了研究人员的极大关注。与显热储能系统相比,潜热储能系统具有更小的重量和体积,使得其在工程实践应用中的成本相对较低,但几乎所有纯相变材料都存在着导热系数较低的缺点。因此,提高相变储热材料的导热系数和相变储热系统的换热效率是相变储热应用的主要问题之一。在可再生能源利用领域,潜热式储热系统由于成本较低和温度可控的优势已经成为未来蓄热技术研究的重点方向。因此,对相变材料性能提升及潜热蓄热单元的优化设计具有重大的研究价值。本文基于Kriging代理模型方法,研究了相变储热模型的结构设计对系统热性能的影响。首先介绍了Kriging代理模型的数学原理以及留一法交叉验证方法,以此作为该数学方法与储热模型相结合的方案可行性与计算准确性的依据。本文从储热系统内环绕换热管道的环形肋片结构出发,在肋片上设计多个圆柱形孔用来提升对流换热效果。首先对其内部柱状孔的位置与数量进行优化设计,建立六因素三水平模型,根据正交试验方法选择18个样本方案进行数值模拟。然后基于Kriging方法以液相率(LF)为目标函数预测得到面响应的729个全局方案结果,研究了柱状孔结构、数量及位置参数,对于系统在相变储热过程中的流动换热与热传导的影响机理。研究发现柱状孔结构靠近绝热侧时会在融化初期加速流体掺混,加强孔结构附近区域的对流换热效果,但同时由于导热体积的缺失,削弱了环形肋片的导热效果,由于在融化后期系统导热占主体地位,柱状孔结构过多在总体上不利于系统热性能的增强。此外本文为了补偿柱状孔结构对肋片热传导效果的不利影响,在内置柱状孔结构的环形肋片外侧下方安置了与柱状孔相同数量、相同形状的凸台结构,建立了三因素三水平储热模型。得出凸台结构会改变流体的运动方向加速系统内的流动循环作用,从而与柱状孔结构协同加强系统内的流动换热效果的结论,并且得到了热性能最优的储热系统模型结构,在此基础上研究了换热管道入口流速及温度参数对相变储热系统热性能的影响。