太阳能、风能等可再生能源和工业余热具有不连续性和波动性的特点,无法直接产生稳定的能量输出,这对用户侧的直接用热或者发电并网均会产生不利影响;此外,能源供应与需求在时间和空间上的不匹配也会导致能源利用效率的低下。储热技术是解决上述问题的有效手段,其中相变储热技术因其储热密度较高、结构紧凑、运行温度恒定、操控简便、安全性高等特点而被认为是各方面性能比较均衡的储热技术,前景广阔。虽然相变储热技术的推广应用已陆续开展,但仍存在诸多问题亟需解决,比如传热强化、材料腐蚀、安全封装、系统优化等。本文基于相变储热的应用背景和研究现状,以基于相场法的固液相变理论研究、金属泡沫内固液相变的数值研究、梯级相变储热系统的实验研究和铝硅合金储热性能的实验研究四个方面为切入点,采用数值模拟与实验研究的方法对高效相变储热技术进行了较为全面和深入的研究与探讨。本文基于相场法建立了可考虑过冷（或过热）效应的固液相变数学模型,分别通过一维导热固液相变问题和二维方腔内考虑自然对流的熔化问题对数学模型在宏观尺度的适用性进行了验证。此外,探讨了动力学系数与过冷效应之间的关系。结果表明,基于相场法的数学模型可以模拟宏观尺度下的固液相变问题,无论是否考虑自然对流;动力学系数增大到一定程度时,由于表面张力所引起的过冷（或过热）效应会逐渐显现。本文基于相场法模型和多孔介质的流动与传热理论,进一步建立了表征体元尺度下开孔金属泡沫内固液相变的数学模型。通过与实验和模拟结果的对比验证该数学模型的正确性,研究了瑞利数、金属泡沫形貌参数对相变材料熔化和凝固过程的影响,得到了熔化与凝固过程中相场、流场和温度场的演变规律。此外,探讨了动力学系数与过冷效应之间的关系。结果表明,瑞利数、金属泡沫形貌参数对相变材料的熔化与凝固过程均有影响,且影响规律有所区别;金属骨架的导热在传热中起主导作用;动力学参数减小时,过冷（或过热）效应是逐渐减弱的。本文对三级梯级相变储热系统的储热过程进行了实验研究,测量了储热单元内部的温度变化,开展了单个储热单元的热力学分析,探讨了储热单元级数、进口温度、流体流量等因素对梯级相变储热系统热力学性能的影响。结果表明,储热单元内的传热不佳和间距过大的相变温度分布造成了三级储热单元内相变不同步的问题;虽然存在相变不同步问题,但储热效率、?存储效率和火积储存效率仍随储热单元级数的增加而增大;较高的进气温度和较大的流体流量均会提高热量、热量?和火积的传递与存储速率,但只有较高的进气温度可显著提升储热效率、?存储效率和火积存储效率。本文通过实验方法对铝硅合金的储热性能进行了研究,包括循环稳定性和腐蚀性。观测了铝硅合金在不同循环次数下的微观组织形貌变化,测试了循环次数对相变温度、相变潜热、热扩散系数的影响,计算了不同循环次数下的导热系数;探究了铝硅合金与Al₂O₃、AlN、SiC、Si₃N₄、BN、ZrO₂等常见陶瓷材料的高温腐蚀情况,揭示了铝硅合金在熔融状态下与陶瓷材料的腐蚀机理。结果表明,经过多次循环后,四种铝硅合金的微观组织形貌均发生了变化;四种铝硅合金的相变温度变化较小,AlSi12和AlSi20的相变潜热变化较小;不同类型铝硅合金的导热能力随循环次数的变化趋势不一致,其中AlSi12的导热系数基本不变;Al₂O₃陶瓷和AlN陶瓷在熔融的铝硅合金中具备较好的耐腐蚀性;SiC陶瓷与熔融铝硅合金的腐蚀情况与Si的含量有关系;Si₃N₄陶瓷、BN陶瓷和ZrO₂陶瓷与铝硅合金均会发生腐蚀反应,但其反应产物中含有耐腐蚀的AlN或Al₂O₃,仍需进一步研究。