由于太阳辐射具有能流密度较低、间歇性、周期性及不稳定性等特点,热能存储成为太阳能中温热利用系统性能稳定的关键技术之一。当前,相变储热作为储热的重要方式,在相变材料的相变机理、材料配制和遴选、热物理性能参数测定、相变过程中传热问题求解、性能强化、储热装置的设计与优化等方面取得了长足的发展。但人们更多关注储热和释热的传热强化,包括单一提升材料自身的热导率,或者增加装置的传热面积,而忽略了储热单元能量调节与太阳能集热系统能量传递之间的内在匹配关系。基于此,本文将太阳能集热与储热单元联合考虑,开展相变材料多物性参数耦合特性对储热/释热过程性能影响的机理研究,建立典型气象条件下的太阳能热利用系统集热及储热传热特性的经验计算模型,并探究特定运行模式下太阳能系统内能量综合高效利用的能量调节特性与协同机制。论文开展的工作为实现中温太阳能系统的高效利用奠定了理论基础,为解决中温太阳能系统在工业领域的规模化应用提供了技术支撑。论文主要研究内容和结果如下:(1)针对集热单元中的核心部件腔体吸收器,建立热阻网络模型,通过测量传热工质通过回路各部件的热损失进行实验验证,基于模型开展了热损失特性的敏感性分析。在不同天气条件下对传热模型进行准确性验证,发现趋势与实验过程保持一致,且在较大环境风速条件下具有较高准确性。在热量平衡方程中增加与传热工质温度呈线性关系的热沉耗散项、与风速呈幂函数关系的热损修正项,可实现理论计算与实际情况高度吻合。基于理论模型对比研究太阳辐射值、工质流量、环境温度与风速对集热器升温速率与集热效率的影响,太阳辐射对传热工质温升影响最大,环境风速次之;二者对集热效率的影响权重则相当。(2)针对某一特定相变储热单元,选择几种常规中温储热材料,探索导热系数对储热和释热特性的影响,兼顾相变温度开展多物性参数的综合影响研究;同时,探索实际太阳能集热热源下的储热情况,并延伸到不同热边界类别对相变传热过程的影响。提出了相变材料多物性联合影响储热/释热性能的分析方法,获得了相变温度和导热系数对整体性能的综合影响规律。突破了单一提升导热系数的局限性,二者在储热和释热时序上和总体热性能方面各体现了较大权重,相变温度在短期储热和释热过程中影响更大,导热系数则在较长评价期对总体性能影响更大。(3)相变储热单元的传热模型难以直接获知解析解,本文将数值仿真与实验方法结合起来,建立了两种天气条件下的校正温度与校正液相率经验公式,提出一种源于数值模拟和典型天气储热的经验传热模型谱,获得了晴天与多云天气条件下太阳能集热耦合相变储热过程的经验传热模型,为带相变储热的太阳能热系统性能分析提供了理论基础。结果还表明,针对不同的天气条件,采用不同的运行策略和模式,可保证集热-储热-用热耦合系统的性能更佳,从而实现动态参数的匹配。基于此提出了典型气候条件下运行储热装置的调控匹配分析方法和调配方向,可将用热过程等价为和云遮一样的辐射强度波动,在不同的天气条件下存在储热系统运行模式切换的临界时刻或临界温度,以获得更佳的储热效果。(4)储热系统的传热性能不仅与材料特性和热边界特性相关,更受到相变储热装置本身结构的直接影响,因此通过对相变储热空间内部典型的热传导与自然对流传热机制探索,得到了其结构优化的方向。提出了分散热源结构以及基于分散热源的翅片式多管束储热结构,采用数值模拟法进行优化设计。结果表明,分散热源布置在传热效率上与原结构基本一致,并不具备明显优势,但极大改善了温度场的均匀性;翅片式多管束的优化结构传热效果更佳,N3-D13.5-3C70结构3小时内空气域温度大于223℃的区间百分占比为94.99%,远大于原结构的56.56%。