蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，在太阳能的热利用、电力移峰填谷、工业废热的回收以及民用和军事等领域具有广阔的应用前景。蓄热技术的关键是高性能蓄热材料的应用。石蜡因其成本低、性能稳定、蓄热密度大等优点已成为应用最为普遍的相变材料，但其存在导热系数低、固-液相变体积变化大及液态的流动性等缺点。近年来，利用碳材料具有导热系数高、密度低且性能稳定的优点对石蜡进行改性，已成为蓄热材料领域研究的热点。 本文以石蜡为蓄热介质，碳纤维、碳纳米管及膨胀石墨为填充材料。其中，碳纤维和碳纳米管是直接填充在石蜡中，构成的石蜡/碳纤维和石蜡/碳纳米管混合相变蓄热材料。而对于膨胀石墨，则是利用其多孔吸附特性制备石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料。分别采用扫描电镜、DSC等分析测试手段对石蜡/膨胀石墨复合相变材料的结构和热性能进行了表征和测试。结果表明：石蜡/膨胀石墨复合相变蓄热材料没有改变膨胀石墨的结构和石蜡的固一液相变温度，且复合相变储热材料的导热系数比石蜡明显提高，其相变潜热与石蜡对应质量含量下的计算值相当。在复合相变蓄热材料中，当石蜡质量含量为80％时，复合相变蓄热材料保持定型特性。 构建了竖直同心圆柱体相变蓄热器，相变蓄热材料置于蓄热器的壳程，水作为传热介质在管内流动。研究了水的体积流量和温度的变化对石蜡/碳纤维、石蜡/碳纳米管混合相变蓄热材料和石蜡/膨胀石墨复合相变蓄热材料蓄热、放热性能的影响。实验结果表明：对于研究的各种蓄热材料，对比水体积流量的变化，水温度的改变对其蓄热、放热性能的影响要明显得多。对于石蜡蓄热材料，由于液态密度小于固态密度，在浮力的影响下，融化过程相界面为从上到下，从内到外的V字型，而对于石蜡/膨胀石墨复合相变蓄热材料，则没有该现象的发生。与石蜡相比，石蜡/膨胀石墨复合相变蓄热材料的蓄放热时间明显减少。当石蜡含量为80％、水温度为70℃及水流速为300L/h时，蓄热过程，石蜡/膨胀石墨复合相变蓄热材料所需时间比石蜡减少约75％，而放热过程比石蜡所需时间减少88.0％，传热速率大大提高。本实验中，添加碳纤维对蓄放热时间没有明显的影响，碳纳米管对蓄放热时间的影响也不大，且在多次蓄、放热循环后会发生沉积现象，这可能与所选碳纤维及碳纳米管的导热性能不好有关。 本文还用FLUENT软件对石蜡含量为80％的石蜡/膨胀石墨复合相变蓄热材料的蓄热过程进行了数值模拟，模拟的蓄热时间和温度随时间的变化趋势与实验结果较吻合，但平衡温度差别较大，其原因是实验条件和物性参数与模拟的实际情况存在差别。