在聚光型太阳能热发电系统中,蓄热子系统是整个电站实现稳定运行与全天侯发电的关键环节。其中,蓄热器又是影响系统稳定性与安全性的重要部件。单罐填充床蓄热系统是一种可利用廉价易获取的固体材料代替昂贵熔盐介质的蓄热方式,与商业化的双罐蓄热系统相比,具有结构简单、成本低廉的优点,目前已得到了研究人员的广泛关注。值得注意的是,在多次的蓄-放热循环中,填充床蓄热器存在高温蠕变与应力疲劳损伤致使的失效现象,给系统的安全运行带来极大隐患。例如,目前正在运行的商业化电站中已发生多起应力导致的熔盐泄露事故,并造成了较大的经济损失。然而,目前针对其失效特性的研究仍存在很多不足:已有研究均未考虑真实的罐体结构与安装方式对其热-力耦合特性的影响,也缺乏相应的参数敏感性研究,且涉及多个蓄-放热循环下热性能与应力特性的研究鲜有报道。因此,为提高蓄热器的安全性能,有必要开展其热-力耦合特性研究。基于此,本文以应用前景较为广阔的填充床熔盐蓄热器为研究对象,开展了较为深入的理论分析与数值模拟研究。具体的研究内容与结论如下:1)考虑了罐体自重、孔隙静水压力与安装方式,并基于有限容积法（FVM）与有限元法（FEM）,建立了分析放热过程下填充床蓄热器热-力耦合特性的数值模型,探讨了放热过程下蓄热器的动态热性能与应力分布特性,并揭示了填充床孔隙率、熔盐入口温度与流速对蓄热器热-力耦合特性的影响规律。结果显示:（1）蓄热器壁面温度和应力在放热过程中呈现下降趋势,峰值应力位于罐壁板与底板连接的结构不连续区域,极易产生应力集中现象;（2）填充床孔隙率对熔盐出口温度和壁面应力的影响较小,但增大孔隙率有助于提高蓄热器的放热功率,当孔隙率从0.22增加至0.5时,经历4.5h后蓄热器的放热功率可提高37.28%;（3）熔盐进口温度对罐体的壁面温度、放热功率和应力的影响较为显著,采用较低的入口温度可使壁面温度和应力分别降低12%和20%,但放热功率会显著增加当进口温度从596K降低到506K时,经历4h放热过程后放热功率可提高约1.4倍;（4）采用较高的入口速度不仅可降低壁面的温度和应力水平,也会缩短填充床的有效放热时间和放热功率,从而严重影响太阳能热发电系统蓄热能力的稳定性。2)基于已构建的热-力耦合模型,进一步考虑了罐顶荷载与阶梯状变壁厚的真实罐体结构,发展并完善了可实现多次蓄-放热循环下动态热-力耦合特性的数值方法,并设计了50MWe固体显热填充床蓄热系统,模拟研究了多次蓄-放热循环工况下蓄热罐体的温度与应力的动态变化特性规律,并获得了蓄热器产生塑性屈服与高温蠕变的失效区域。结果显示:（1）在单次蓄-放热循环中,罐壁温度呈相反的变化趋势,且罐体壁面的最高温度存在4个阶段的变化趋势。即蓄热过程的急剧温升与保持稳定阶段,放热过程的缓慢下降与急剧温降阶段;此外,在经历0-5h的蓄热与放热过程中,蓄热器大部分壁面（筒节1-5）的温度均会高于罐体材料的蠕变阈值,进而产生高温导致的蠕变现象;（2）蓄-放热过程中,筒节1-5的壁面均处于低应力水平的弹性状态,同时,随着罐体高度的增加壁面的应力水平逐渐降低,且筒节1-5的应力值始终低于材料的屈服极限;然而,罐壁板底端与底板连接位置极易产生应力集中导致的塑性屈服现象;（3）多次蓄-放热循环中,填充床蓄热罐的壁面最高温度在631-836K之间呈周期性变化,随着循环次数的增加,壁面会产生周期性的高温蠕变现象,且因此,在长周期、低应力与高温蠕变的作用下筒节1-5的壁面易造成损伤累积,从而增加罐体失效的风险;（4）由于内壁面峰值应力在275-423MPa之间也呈周期性变化,致使填充床蓄热罐体可能会产生高应力（大于屈服强度）引起的低周疲劳断裂失效现象。