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相变储能材料是利用材料在其相变温度附近发生相变时吸收或释放大量热量，来实现能量的储存和利用，它具有储能密度大，储能释能过程近似恒温的优点，在建筑节能、太阳能利用、工业余热和废热回收等领域有着广阔的应用前景。但是多数相变储能材料存在热导率低和固-液相变过程中的液态渗流问题。针对上述问题，本文研究了膨胀石墨基导热增强型固-固相变复合材料的制备方法。同时通过有限元模拟验证了膨胀石墨基相变复合材料在相变潜热蓄热应用中的优越性。 本文工作采用具有高导热、低密度、耐腐蚀和化学稳定性好等优点的膨胀石墨作为导热增强剂，从材料设计的角度出发，提出了三种类型膨胀石墨基固-固相变复合材料的研究思路。这三种材料分别为新戊二醇/压缩膨胀石墨相变复合材料、高密度聚乙烯/相变微胶囊/膨胀石墨相变复合材料、高密度聚乙烯/石蜡/膨胀石墨相变复合材料。从储能系统设计的角度出发，用有限元方法研究了石蜡和石蜡/压缩膨胀石墨相变复合材料的相变蓄热过程。论文的主要研究内容和结论如下: 1.采用五种不同体密度压缩膨胀石墨(Compressed Expanded Natural Graphite，CENG)作为载体，制备了新戊二醇/CENG相变储能复合材料体系，对有机相变储能材料新戊二醇进行强化传热研究。研究发现:新戊二醇均匀地分布在膨胀石墨的网格状空隙中;CENG体密度越大，复合材料热导率越高;根据CENG体密度不同，复合材料垂直于成型压力方向热导率比纯新戊二醇提高17-88倍，平行于成型压力方向热导率提高了11-26倍;相变前后热导率有所下降;CENG体密度越小，复合材料中新戊二醇质量百分数越大，体系的潜热越大;红外热成像实验和有限元模拟都验证了相变传热过程中的各向异性，而且两者得出的趋势一致。 2.膨胀石墨用高速捏合机破碎，破碎后的膨胀石墨与相变微胶囊(Microencapsulated Phase Change Material，MPCM)、高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，HDPE)按照一定的质量比置于球磨罐中湿法球磨混合，真空干燥后热压成型制得定形相变复合材料。复合材料中相变微胶囊为相变储能材料，高密度聚乙烯为支撑材料，膨胀石墨为导热增强体。研究发现:相变微胶囊和膨胀石墨均匀地分散在复合材料中，而且相变微胶囊经历了湿法球磨和热压成型两个工艺后结构仍没有被破坏;对复合材料的力学性能和相变潜热值进行综合考虑，高密度聚乙烯的最佳含量为40％;膨胀石墨的加入显著提高了复合材料的热导率;膨胀石墨含量越高，复合材料热导率越高;根据膨胀石墨含量不同，复合材料热导率在平行于成型压力提高了0.5-5.5倍，垂直于成型压力方向提高了1.2-22.8倍;作为对比研究，采用鳞片石墨对相变材料进行强化传热，复合材料的导热增强实验结果表明，由于膨胀石墨比鳞片石墨具有更大的比表面积，在复合材料体系内具有更好的分散性和连通性，因此同等质量分数下鳞片石墨对热导率的贡献远不如膨胀石墨对其热导率的贡献。 3.以高密度聚乙烯(HDPE)作为包覆材料，石蜡作为相变材料，膨胀石墨或鳞片石墨作为导热增强体，通过熔融共混和热压成型工艺制备了不同石蜡含量的聚合物基定形相变储能材料。通过实验分析了所制定形复合储能材料的相变温度、相变潜热、热导率等热性能。研究发现:要保证石蜡在熔融过程中不溢出，高密度聚乙烯在复合材料中的质量分数不能低于为35％;石蜡经过高密度聚乙烯包覆之后，相变焓值下降30％左右（石蜡含量65wt％）;膨胀石墨和鳞片石墨的加入均能提高复合材料的热导率;膨胀石墨含量为10wt％时，样品的热导率与无导热增强体样品相比较提高率为594％，而相同质量分数的鳞片石墨热导率提高率仅为83％。由此可见膨胀石墨对复合材料热导率的贡献远远大于同等质量分数下鳞片石墨的贡献。 4.潜热蓄热系统是一种重要的储热方式。本文采用有限元方法模拟了两个石蜡相变储热系统。第一个模型为圆柱体潜热蓄热模型，该模型为:圆柱体封装装置来存储相变物质石蜡，圆柱体中间插入一根热水铜管用来给相变物质供热，插入不同数量的铜肋片或者填充不同质量分数的压缩膨胀石墨用于提高相变传热的速度。研究了系统中不同数量的铜肋片和不同含量的膨胀石墨对热存储速度的影响。本模型包括四个物理过程:热传导、流体流动、相变传热和对流传热。热传导发生在铜、相变材料、铜和相变材料之间;热水中的热量传递到铜管壁的过程为热对流;相变材料熔融时还包括相变传热;铜管中的热水流动为流体流动。第二个模型为长方体潜热储热模型，相变物质为石蜡，封装材料为铜，里面插入不同数量的铜肋片或者填充不同质量分数的压缩膨胀石墨用来提高相变传热的速度，加热铜外壁，研究石蜡的熔融过程。本模型也包括四个物理过程:热传导、流体流动、相变传热和对流传热。热传导发生在铜、相变材料、铜和相变材料之间;流体流动和对流传热发生在熔融中和熔融后的液体相变材料中。相变传热发生在相变材料相变过程中。模拟结果表明不同数量的铜肋片以及不同质量分数的压缩膨胀石墨对相变储热速度均有明显提高。添加压缩膨胀石墨比添加铜肋片更经济，传热更均匀。