传统水下滑翔机主要依赖电池提供能源。携带能源制约了水下滑翔机的进一步发展应用。将海洋环境能源应用于水下滑翔机,通过俘获海洋温差能以补充其能源供给,从而提升水下滑翔机的续航能力。本文面向温差能驱动的水下滑翔机,以温差热机为核心研究对象,围绕温差热机的能量收集和有效利用进行理论分析和试验研究,为温差热机的结构设计和参数配置提供重要的理论依据。本论文首先在相变传热理论框架下,建立了温差热机相变过程的数值计算方法。基于等效热容法,结合有限差分法,建立了温差热机相变过程的数值方法,并通过与其他理论方法以及实验结果的对比,验证了该数值方法的有效性。针对温差热机自身的特点,将外界压力对热物理性质的影响包含进该数值方法中。然后,通过分析温差热机工作环境和相变材料技术要求,设计了面向水下滑翔机的温差热机。在此基础上,建立了温差热机的能量平衡方程,提出了温差热机性能评价指标并进行了计算分析。考虑空气和液态相变材料具有可压缩性,建立了温差热机相变储能的非线性模型,分析了温差热机中混入的空气和结构参数对储存能量的影响。最后,提出了面向水下滑翔机与温差热机集成设计参数匹配方法,实现温差热机工作参数的最优配置,并通过了海域试验验证。针对传统的工作模式,对水面漂浮时间和净浮力进行了优化;针对新提出的工作模型,分别对冷水层和暖水层中的相变过程进行了数值模拟。本论文研究获得的主要结论包括:温差热机正常运行工作海域的海洋表层的温度必须高于相变材料的相变温度;温差能驱动水下滑翔机的工作深度所对应的水温必须低于相变材料的相变温度。温差热机采用的相变材料,应该具备相变温度合适、固液两相的密度差尽可能大、液态相变材料的体积模量大的特征。液态相变材料中溶解空气以及混入的空气,会严重降低储存的能量。在相变材料的熔化过程中,空气的存在会降低相变材料的熔化速率。合理配置温差能驱动水下滑翔机的工作深度、俯仰角度和水面漂浮时间,可以实现相变过程与滑翔运动的匹配。运行中,应尽量保持温差能驱动水下滑翔机工作参数的稳定,避免运行过程中的频繁调节。在真实海域开展的长航程试验证明了:采用温差热机作为浮力调节的主要能源,同时采用液压泵作为辅助的混合浮力调节方式,可以显著提高温差能驱动水下滑翔机对环境的适应性。本论文的研究,提高了温差热机相变过程数值计算的有效性和准确性;提出的动态分析方法,为提高温差热机单周期的储存能量提供了重要的理论依据;新提出的工作模型,为温差能驱动的水下滑翔机的工作参数优化配置提供了参考。