在碳达峰与碳中和的“双碳”能源背景下,传统封装相变材料的储热胶囊与潜热储热堆积床系统技术无法满足当前的储热需求,而仿生学在储热领域的应用,可以为二者储热效率的提升提供一种全新的思路。因此,在仿生学的启发下,本文提出并研究了一种仿生葫芦体的储热单元,并采用数值分析、优化理论及实验研究对其换热流动特性及系统耦合储热特性进行了深入的分析研究。首先,本文构建了仿生葫芦体储热单元的数值计算模型,在进行模型验证检验其准确性后,对其熔融与流动特性进行了考察。熔融特性分析表明,仿生葫芦体储热单元在180°倾斜角下的储热性能最好,其储热速率与球形储热单元相比提高了28.76%。流动特性分析表明,仿生葫芦储热单元具有优良的流动特性。在Re=20～400下,与球形单元相比,仿生葫芦单元的阻力系数降低了34.2%,努塞尔数提高了4.06%。其次,选用形状优化方法,以耦合控制几何参数作为核心思想,选定阻力系数、努塞尔数、储热时间及单位面积热流作为优化分析评定指标,对仿生葫芦体储热单元进行了优化分析。优化分析结果表明,几何参数中心距L/大球半径R=1.53、中心距L/小球半径r=2.53（小球半径r=19.34 mm,中心距L=49.00 mm,大球半径R=32.13 mm）的仿生葫芦体储热单元具有最优的储热性能及流动特性。进一步地,本文搭建了储热单元熔融可视化实验系统,对三种不同形状（球形、两球耦合、仿生葫芦）的储热单元进行了约束实验与无约束实验。储热单元的熔融相位图与液相率变化的实验结果表明,三种储热单元中仿生葫芦体的实际储热效果最好,其无约束融化与约束融化时间均最短,分别为105 min与98 min。仿生葫芦体储热单元喉部处的相变材料融化速度最快,实验时喉部产生熔断现象。仿生葫芦单元在约束熔化的后期,单元下部与上部分别呈现卵圆形与波纹状。最后,本文构建了耦合仿生葫芦体储热单元的堆积床系统的数值计算模型,并对其进行了储热性能对比研究。结果表明,相较于传统球形堆积床,仿生葫芦堆积床的液相率最大可提升12.67%,储热完成率最大可提升6.2%。对仿生葫芦堆积床在不同进口温度与流速下的储热性能分析发现,流速的增大对提升仿生葫芦堆积床的储热性能十分有限,而进口温度对其储热性能影响较大。