全球社会经济的发展与充足的能源供应紧密相关,热能储存技术被确定为保障能源在时间及空间上相对平衡的关键技术。相变储能技术是利用相变材料在相变过程中吸收或放出相变潜热来进行能量储存与释放,由于具有合适的物理特性以及较稳定的化学特性被广泛使用。本文采用数值模拟的方法,对工业上应用较广的矩形方腔式蓄热单元及套管式蓄热单元进行了研究,通过添加高导热性的纳米材料并且对相应的结构进行优化来强化其传热特性,主要研究内容如下:首先,针对矩形方腔式蓄热单元,以月桂酸甲酯为相变材料,基于EMT模型研究了不同体积分数的石墨烯纳米片对其蓄热过程的强化作用。研究发现,石墨烯纳米片的加入没有改变相变材料的融化趋势,当石墨烯纳米片含量分别为1 Vol%、2 Vol%和 3 Vol%时,完全融化时间分别缩短了 38.89%、55.22%、62.22%,蓄热量并未发生明显减少。提高壁面温度可以使换热功率明显增大,同时自然对流强度也随之增加,融化速度加快。对于方腔式蓄热单元而言,融化后期自然对流强度减弱,热量在方腔顶端聚集,蓄热效率降低。其次,针对方腔式蓄热单元热量在顶端聚集这一问题,构建了分层式方腔模型。隔板位置、层数及复合相变材料的填充方式均会对蓄热效果产生影响。当隔板处于方腔中部时融化速度最快,在此基础上将方腔上下部分别填充1 Vol%与3 Vol%的复合相变材料时融化效果最佳,相比于未加隔板时2 Vol%的复合相变模型融化时间缩短了 21.8%,方腔整体平均温度降低,蓄热效率提高,自然对流持续的时间更长。进一步增加隔板层数,发现当方腔自上而下复合相变材料体积分数依次增大时融化效果最佳,但融化速度的提升逐渐降低。最后,构建了套管式蓄热单元模型,研究内管加热状态下蓄热器内相变材料的强化换热过程。发现在氧化物纳米材料中,A1203对脂肪酸酯的融化促进作用更佳,同时随着纳米颗粒体积分数的增加,粘度对自然对流的影响也增大,融化速率降低。针对套管式蓄热单元的融化特性,结合纳米颗粒对脂肪酸酯的影响,对其进行了基于强化传热的下偏隔板优化设置,结果表明当隔板下偏10°时融化速度最快,综合考虑经济性因素时,下偏角度为20°时最佳。并通过拟合得到了隔板下偏角度为20°时套管式蓄热单元在不同时刻的液相率。