储热技术是未来协调能源供需平衡、解决可再生能源时空不匹配问题的有效方法之一。在众多储热技术中,填充床储热技术具有结构简单、造价低廉、换热面积大、传热性能好、设备需求低等优点。采用数值模拟的方法研究填充床储热的性能因减少了成本消耗、避免了时间浪费而成为近年来研究工作的主流和焦点。综上,本文进行了以下研究工作。构建封装球形相变胶囊的填充床储热装置的物理模型。基于Schumann模型,考虑球形相变胶囊和传热流体（HTF）之间的传热热阻以及储热罐桶和周围环境之间的热阻对传热过程的影响,建立并验证填充床储热装置的一维双能量方程两相数学模型。提出储热密度、平均储热速率、?效率和平均储?速率等性能评价指标并给出公式。基于该模型,利用MATLAB数学软件对填充床储热装置开展数值模拟计算,采用单因素分析考察Re、Ste、填充床空隙率和相变材料（PCM）的有效导热系数对填充床储热装置的温度演变趋势和热性能的影响。另外,对填充床储热装置的结构进行优化,建立填充有三种球形相变胶囊的级联填充床储热装置并选择封装PCM。采用上述数学模型,依据储热过程温度分布、储热量、储热密度、平均储热速率、有效储热时间和?效率等热性能指标对比分析单层相变材料填充床和级联填充床的储热特性。单因素对填充床储热装置热性能的影响结果表明:在储热过程中,可以通过增大Ste、减小空隙率增加储热密度;通过增大Re和Ste、减小空隙率提高平均储热速率和平均储?速率,即Re和Ste有助于增加填充床储热装置的储热能力。增大空隙率可以增大?效率,提高传热特性。而PCM的有效导热系数对填充床储热装置的热特性影响效果很低。级联填充床和单层相变材料填充床的对比分析结果表明:级联填充床储热装置在储热过程中可储存较高的储热量和储热密度,有效储热时间相比单层相变材料填充床明显减小,平均储热速率与单层相变材料填充床相比显著增快,?效率远高于单层相变材料填充床。综上,级联填充床储热装置展现出更好的热性能。