相变蓄冷是解决能源供求中时空错位矛盾并提高能源利用效率的重要技术。相变蓄冷材料是相变蓄冷装置的核心,其热导率、潜热值以及价格等特性对蓄冷效率和成本起决定性作用。水是一种重要的相变蓄冷材料,具有资源丰富且成本低廉的优势。然而,水作为相变蓄冷材料也存在热导率低且过冷度大的缺陷。制备复合相变材料是提升相变材料应用性能的重要手段。多孔基质吸附法是制备复合相变材料的常用途径,具有工艺简单且成本低的优势。在众多的多孔基质中,膨胀石墨因导热系数高且孔体积大而成为了制备复合相变材料的优秀载体。目前,尽管已有多种相变材料与膨胀石墨复合制得了膨胀石墨基复合相变材料,但尚未见到水/膨胀石墨复合相变材料的报导。此外,当前涉及研制复合相变材料的研究较多,而对推进复合相变材料实际应用的相变储热器（蓄冷器）研究较少。本论文率先研制了水/膨胀石墨复合相变蓄冷材料,并将该水/膨胀石墨复合相变材料与管翅式换热器耦合来构建相变蓄冷器,采用实验和数值模拟相结合的方法对其蓄冷性能进行了研究。为了提高膨胀石墨的亲水性,本文使用表面活性剂Triton X-100对膨胀石墨进行改性,研究Triton X-100的不同用量对改性效果的影响。结果表明,改性后膨胀石墨的亲水性有了很大提高,水在其表面接触角从改性前的106.31°降至约0°,改性膨胀石墨对水的吸附速率显著加快。当表面活性剂与未改性膨胀石墨的质量比为0.05时,改性效果最佳且表面活性剂用量较少。液漏测试中,复合相变材料吸附量小于75 wt%时几乎不液漏;吸附量为80～85 wt%时轻微液漏,液漏率为1～3%;吸附量为90 wt%时,复合相变材料为湿润泥浆状,95 wt%时则呈悬浮液态。热特性和热稳定性表征结果显示85 wt%复合相变材料相变焓为263.2 J/g,相变温度为0°C,过冷度为2.6°C,经100次固-液相变循环测试后,其相变焓为256.9 J/g,相较于循环前仅降低2.39%;在密度为1 g/cm~3时,复合相变材料热导率为4.72 W/（m·K）,是纯水的7.7倍,可作为一种优秀的定型蓄冷复合相变材料。90 wt%水/膨胀石墨复合相变材料焓值和相变温度为280.6 k J/kg和0.45℃,过冷度为2.3℃,热导率为2.54 W/（m·K）。可见,水/改性膨胀石墨复合相变材料是一种性能优异的相变材料,在蓄冷领域有极大的开发潜力。为探究复合相变材料蓄冷性能,采用实验和模拟方法研究含90 wt%水/膨胀石墨复合相变材料的蓄冷器性能表现。与纯水相比,含90 wt%水/膨胀石墨复合相变材料的蓄冷器在蓄冷量略有降低的情况下蓄冷效率得到显著提升,蓄冷功率提高15.9%。对90 wt%水/膨胀石墨复合相变材料的蓄冷器工作条件进行探究,发现进口流速增加至0.2 m~3/h以上时,对蓄冷的增强作用不再显著,而降低进口流体温度则能显著加快蓄冷器的蓄冷过程,应结合蓄冷需求、泵功和制冷能耗合理选择进口条件。对90 wt%水/膨胀石墨复合相变材料的蓄冷器进行数值模拟发现,蓄冷器中换热器的尺寸的改变对蓄冷器蓄冷效率有不同影响,翅片间距L1的增大、管程水平间距L2的减小和管程垂直间距L3的增大均会导致蓄冷器蓄冷速率的下降。其中翅片间距L1的影响较小,翅片数由72减少至51,即翅片总面积减少29.2%仅使出口温度降低0.1℃;管程水平间距L2的减小会导致管程长度变短,换热流体与蓄冷器换热时间减少,并且L2的减小使管程在水平方向上分布紧密,蓄冷器水平边缘的传热路径变长,这两个影响都削弱了蓄冷器的蓄冷性能;管程垂直间距L3的减小会导致管程长度变长,换热流体与蓄冷器换热时间增加,同时使管程在垂直方向上分布紧密,这两个影响都使防冻液与蓄冷器间的热量传递获得增强,蓄冷器在潜热储热温度区和显热储热温度区都实现了对蓄冷过程的增速作用。综上,本研究制备的水/改性膨胀石墨复合相变材料具有良好的蓄冷特性、较高的热导率和焓值,水/改性膨胀石墨复合相变材料耦合管翅式换热器搭建的蓄冷器具有较高的蓄冷量和较快的蓄冷速率,在蓄冷系统中将有广泛的应用前景。