在当前能源供给紧张、需求日益增加的形势下,太阳能作为一种可再生清洁能源具有广泛的应用前景,但是能量储存的问题制约着太阳能的利用。蓄能技术由于可以缓解能量供求双方在时间、强度及地点上的不匹配,在太阳能利用方面有重要应用。其中相变蓄热技术应用最为广泛,具有蓄热密度大,相变过程温度恒定、过程易控制等优点。国内外对相变蓄热材料和相变过程热分析方面进行了大量的研究,但在相变技术应用研究方面开展较少,尚存在不足。针对以上问题,本文首先从常见的中低温相变材料中进行比较筛选,选取石蜡作为实验用相变材料,并对其融化过程的体积膨胀率、固液态密度、导热系数、相变温度及相变潜热进行了测定。通过搭建同心管束式相变蓄热性能测试实验台,在恒定的室温条件下进行实验,分析相变过程温度场随时间的变化规律;比较了相同传热流体条件下装置内部不同位置温度随时间的变化;分析了传热流体入口温度变化、传热流体流量变化对蓄热时间的影响、实验分析发现,传热流体入口温度对于蓄热时间的影响要大于流量。模拟研究方面,本文还将实验的物理模型进行简化,得到了内走传热流体外侧充满石蜡的同心套管单元数学模型。利用计算流体力学软件FLUENT中凝固/融化模型模拟了石蜡融化的相变过程。在考虑液相区自然对流情况下得到了蓄热装置与热媒体耦合问题的温度场、液相体积分数随时间的变化情况,并分析了相变界面的变化规律。本文中的模拟结果与实验结果相对照吻合,具有应用的可行性。论文还在原有的模型基础上进行传热强化的结构优化模拟,比较了加不同结构参数环肋的融化过程所需时间。依照相似准则理论,将模型实验装置作为蓄热装置进行放大设计,应用于分体式太阳能热水系统,对原有的系统进行了改进。本文的研究结果,可以给相变蓄热器的设计者提供数据参考,减少重复性劳动。另外,本文探讨的模拟方法可以在蓄热器的强化的设计研究中使用,借鉴模拟结果安排实验环节,从而可以节省大量的人力和物力。