相变材料在相变过程中吸收/释放大量的潜热，蓄热量大，因此使用相变材料的潜热蓄热技术吸引了越来越多的关注。硝酸盐KNO3/NaNO3(50:50mol%)具备较大的潜热，合适的相变温度以及良好的稳定性等优点，已经成功应用于中高温潜热蓄热系统，尤其是太阳能热发电领域。然而相变材料的导热系数低（0.1~1　W?m-1?K-1），影响了蓄热单元的充/放热速率，从而限制了相变材料的广泛应用。为了解决这一问题，本论文分别制备了硝酸盐/SiC陶瓷蜂窝（SCH）复合相变材料和硝酸盐/膨胀石墨复合相变材料，对复合相变材料的微观结构和热物性进行了表征，采用实验和数值模拟的方法研究了相变蓄热单元的传热特性以及热性能，为太阳能热发电用相变蓄热系统的设计提供了实验数据支持和理论依据。本文主要完成了以下工作：
针对相变材料导热系数低的问题，本文提出了多孔材料SCH与硝酸盐结合，制备了硝酸盐/SCH复合相变材料，对硝酸盐/SCH复合相变材料的微观结构、热物性进行了表征，结果表明硝酸盐均匀的分布在SCH蜂窝通道以及壁面的微孔中。与硝酸盐相比，硝酸盐/SCH复合相变材料的熔点和凝固点略有偏移，比热和潜热值减小，导热系数提高至6倍。SCH有效的提高了硝酸盐相变材料的导热系数，克服了相变材料导热系数低的缺陷。同时本文制备了膨胀石墨质量分数不同的硝酸盐/膨胀石墨复合相变材料，研究了膨胀石墨对相变材料物性的作用规律。硝酸盐在膨胀石墨中分布均匀，复合相变材料的导热系数随着膨胀石墨质量分数的增加而增加，但比热和潜热值则随之减小。
搭建了相变材料充/放热性能实验系统，对蓄热单元内纯相变材料、硝酸盐/10%膨胀石墨和硝酸盐/25%膨胀石墨复合相变材料的温度变化进行了测量，研究了传热流体进口温度和流量对蓄热单元热性能的影响，揭示了相变材料充/放热过程中的传热特性以及膨胀石墨质量分数对蓄热单元热性能的影响。相变材料的熔化/凝固时间随传热流体进口温度和流量的增加而缩短。随着膨胀石墨质量含量的增加，相变材料的熔化/凝固时间缩短，充/放热速率提高。添加膨胀石墨有效的改善了相变材料的充/放热性能，但蓄热系统的蓄热量减小。
使用焓-多孔介质法，建立了针对硝酸盐/10%膨胀石墨复合相变材料蓄热单元的固液相变模型，数值结果与实验值之间具有较高的吻合程度，说明模型适合用于相变材料蓄热单元充/放热过程的数值模拟。同时，针对太阳能热发电蓄热装置，理论分析了相变材料的导热系数，传热流体的进口温度和流量以及传热流体管间距对相变蓄热装置的熔化时间及热流密度的影响规律。针对本文采用的蓄热装置，相变材料的导热系数增加到5　W?m-1?K-1以后，继续提高相变材料的导热系数，对相变材料换热效率的改善效果减弱。
将SCH单元粘结成组合体，在蓄热单元内填充SCH组合体结构和质量分数不同的硝酸盐/SCH复合相变材料，分析了复合相变材料的传热特性，揭示了硝酸盐/30%SCH复合相变材料的传热机制。在充热过程中硝酸盐/30%SCH复合相变材料的传热方式以导热为主，自然对流被抑制。采用整齐和随机布置SCH单元的方法，在蓄热单元内分别填充了SCH质量分数为30%，23%和18%的硝酸盐/SCH复合相变材料，研究了填充不同复合相变材料的蓄热单元的热性能。实验结果表明随着SCH质量分数的增加，相变材料的熔化/凝固时间缩短。使用SCH有效的提高了蓄热单元的充/放热速率。充热过程中，18%SCH复合相变材料的传热速率较快；放热过程中，相变材料的传热速率随SCH质量分数的增加而增加。