相变蓄能技术能够改善能源在应用过程中存在时间和空间不匹配的问题,但是大部分相变材料都存在着导热系数低,过冷度大的缺点。在相变材料中添加具有高导热性能的材料和成核剂能够有效的解决这一问题。相变梯级蓄能技术是在能量流动的方向上布置不同熔点的相变材料,可以提供稳定的热流,增强相变材料的蓄热性能。因此,本文对相变梯级蓄能系统的蓄供热特性进行了实验研究,并且对其进行了深入地优化研究。利用熔融共混法和爱迪生法分别配置赤藓糖醇复合相变材料,三水醋酸钠复合相变材料和十水硫酸钠复合相变材料。利用DSC和步冷曲线对相变材料进行热性能表征,以此寻找最优化的材料配比方案。结果表明,对于赤藓糖醇复合相变材料来说,当赤藓糖醇与尿素的质量分数为6:4,并在此基础上添加质量分数为5%的石墨烯后热性能最佳;对于三水醋酸钠复合相变材料来说,在其中分别添加质量分数为3%的石墨烯和3%焦磷酸钠后热性能最佳;对于十水硫酸钠复合相变材料来说,在其中分别添加质量分数为3%的石墨烯和3%硼砂后热性能最佳。分别将配置好的相变材料放置到蓄能箱体中,采用控制体积法分别对单级蓄能、双级蓄能、三级蓄能进行实验研究。结果表明,三级相变蓄能系统热性能最为优异,主要表现在蓄能量大,蓄能速率快,蓄能（火用）效率大等优点。三级相变蓄能系统蓄热速率为334.95 J/s,放热速率为186.37 J/s;蓄热（火用）效率为41.54%;放热（火用）效率为53.22%。对三个蓄能系统进行经济性分析,三级相变蓄能系统经济性最佳。在TRNSYS软件中建立相变蓄能模块,采用显比热容法处理相变过程,同时用平均相对误差、最大相对误差和Bland-Altman一致性对模拟结果进行判定,结果表明数值计算模型可行性和精确性较好。对三级相变蓄能系统进水温度和流量进行优化。结果表明,对进水流量优化来说,蓄热过程中,3.0 L/min的流量最优,在放热过程中当侧重放热速率场合时,2.0 L/min的流量最优,当侧重系统能效场合时,1.4 L/min的流量最优;对于进水温度优化来说,蓄热过程中,100℃温度最优,在放热过程中当侧重放热速率场合时,9℃的温度最优;当侧重系统能效场合时,15℃的温度最优。综上所述,相变梯级蓄能对于相变材料的热性能有本质性的提升,对进一步的实际应用提供了充足的理论依据。