全球变暖是当前人类面临的重大挑战,增加可再生能源的使用是实现气候变化的明确途径。太阳能资源丰富,但存在间歇性的缺点,相变蓄热器联合太阳能热利用系统进行蓄热,能够解决太阳能间歇性问题;相变蓄热器蓄放热性能优劣直接影响整个太阳能热利用系统,相变材料和相变蓄热器结构是影响相变蓄热器蓄放热性能的核心因素。因此,有必要对热物性优良的相变材料的筛选制备和相变蓄热器结构的优化进行研究。通过熔融混合法制备硬脂酸-乙酰胺/膨胀石墨二元复合相变材料,对其相变特性、物相及微观形貌、泄露性、导热性、热稳定性进行分析,结果表明:1)乙酰胺混合质量比例为20%时,硬脂酸-乙酰胺二元混合相变材料的相变温度为50.29℃,相变潜热为196.71 J/g;2)膨胀石墨的质量比为16%时,硬脂酸-乙酰胺/膨胀石墨二元复合相变材料的导热性和热物性良好、无泄漏性,导热系数达到1.523 W·（m·k）-1,熔化和凝固潜热分别为163.24 J/g和160.35 J/g,熔化和凝固温度分别为50.39℃和47.53℃。将硬脂酸-乙酰胺/膨胀石墨二元复合相变材料作为相变蓄热器的蓄热材料,引入蓄放热强度作为相变蓄热器蓄放热性能的评价指标,为确定影响相变蓄热器蓄放热时间的因素,针对相变蓄热器蓄放热过程进行数值模拟研究,结果表明:1)以同种运行工况下的某商用相变蓄热器为参考,以硬脂酸-乙酰胺/膨胀石墨二元复合相变材料为蓄热材料的相变蓄热器蓄放热强度分别提高40.2%和17.06%;2)改变相变蓄热器传热流体的进口温度、流速等运行工况参数和改变相变蓄热器的换热管管径、添加肋片等结构因素可以提高相变蓄热器的蓄放热性能。为进一步提高相变蓄热器的蓄放热性能,基于以上研究,本文通过改变传热流体的进口温度和流速,进行二元复合相变材料蓄热器运行工况参数的优化,并在最佳运行工况的基础上,进行相变蓄热器结构参数的优化。结果表明:1)本文的相变蓄热器最佳蓄放热工况分别为传热流体的进口温度为353.15 K和293.15 K,流速为0.55m/s;2)相变蓄热器换热管材质选择不锈钢;换热管管径选择23 mm;最终选择小套片肋片,肋片数量为48,肋片总面积为3.882 m~2。二元复合相变材料蓄热器最终优化之后的蓄放热强度较某商用相变蓄热器分别提高了67.7%和46.7%。为相变蓄热器的优化研究提供可靠的数据,同时为更好的利用可再生能源提供更加有效的途径。