受能源危机和环境污染问题的影响,储热技术得到了人们的广泛关注。在众多的储热技术中,相变储热技术因其性能稳定、储能密度大而被广泛应用于工业生产中。但现阶段相变储热装置中所使用的相变材料普遍具有导热系数低的缺点,因此需要采取一些强化措施以提高相变储热装置的储放热性能。在众多强化措施中,添加翅片是最具经济性、高效性的技术手段之一。然而,相变过程的非线性动态特性导致相变储热器内的翅片结构优化存在计算量大、耗时长等问题。针对上述问题,本文提出利用快速优化算法对管壳式相变储热器内的树状翅片结构进行优化研究。按照“一级Y形树状翅片--两级Y形树状翅片”的思路对快速优化算法进行应用与改进,使其充分考虑所有翅片参数以及翅片导热特性对优化结果的影响。通过数值模拟与实验相结合的方法研究优化后的翅片结构对管壳式相变储热器放热过程的强化效果。旨在取得适用于管壳式相变储热器内翅片结构优化的快速优化算法,并获取最佳的翅片结构,从而进一步提升相变储热器装置的放热性能。本文的主要研究内容与结论如下:（1）针对相变储热器内翅片结构优化耗时长的问题,本文以“凝固过程中翅片均匀布置最优”为设计原则提出了一种快速优化算法。该算法以相变材料到翅片或冷源的距离为优化目标,利用遗传算法求解其最小值。同时,为了处理不同结构的翅片,采用蒙特卡洛方法计算翅片的面积。此外,探讨了冷源、翅片数量以及翅片占比对最终优化结果的影响,并对管壳式相变储热器内的一级Y形树状翅片进行了优化研究。研究发现,本文提出的相变材料到翅片或冷源的距离可以有效替代储热器的完全凝固时间作为优化目标,从而缓解优化耗时问题。另外,在本文研究范围内,无论是否考虑相变材料到冷源的距离以及无论翅片数量与占比如何变化,优化后的翅片都呈现箭头形结构。（2）针对上述快速优化算法优化后的箭头形翅片储热器外管附近存在传热滞后区的问题,根据“传热滞后区内移”原则对算法进行修正以实现传热滞后区从外管附近到冷源（内管）与翅片之间的转移。结果表明,算法修正后得到的翅片结构能够使管壳式相变储热器的完全凝固时间缩短20.8%,放热速率增加14.7%。另外,基于箭头形翅片各分支的连通特性,提出利用环形翅片替代分支的改进方案,即环形连通翅片。并利用快速优化算法对环形连通翅片进行结构优化。结果表明,环形连通翅片可以在简化制造的前提下进一步改善管壳式相变储热器的能量释放性能。（3）设计制作分别装有一级Y形树状翅片、箭头形翅片以及环形连通翅片的管壳式相变储热器并搭建相应的实验测试平台。对比研究不同的翅片管壳式相变储热器能量释放过程中的相界面演变规律和温度变化趋势。结果表明,箭头形翅片和环形连通翅片可以将传热滞后区从外管附近转移到内管与翅片之间,从而加快相变材料的凝固过程。此外,实验数据与数值模拟的对比结果也进一步验证了数值模拟的正确性。（4）将快速优化算法应用于两级Y形树状翅片结构优化中,并针对快速优化算法无法充分考虑翅片宽度对导热的影响这一问题,提出一种考虑“翅片导热特性”的多层混合快速优化算法。该多层混合快速优化算法将响应面法、数值模拟以及遗传算法相耦合,利用响应面法与数值模拟对翅片宽度比进行优化以实现翅片结构适配传热机制,利用遗传算法对翅片剩余参数进行快速优化。结果表明,多层混合快速优化算法可以在最大限度降低计算成本的同时对所有翅片参数进行优化,且优化后的翅片结构符合传热机制。相比于快速优化算法,多层混合快速优化算法优化后的两级Y形树状翅片能够使储热器的完全凝固时间减少8.2%,放热速率提升8.5%。（5）针对上述多层混合快速优化算法优化后的两级Y形树状翅片分支之间仍存在传热滞后区的问题,对两级Y形树状翅片进行了改进。受荷叶内部纹理相互连通的启发,将环形连通翅片与两级Y形树状翅片相结合,提出了一种新型连通形树状翅片,并利用优化算法对其进行了结构优化。研究表明,环形翅片的加入可以有效缓解两级Y形树状翅片之间的传热滞后区问题。相比于多层混合快速优化算法优化后的两级Y形树状翅片,多层混合快速优化算法优化后的连通形树状翅片可以减少17.7%的完全凝固时间,增加18.7%的放热速率。