太阳能具有储量大、分布广泛、清洁无污染、性价比高等优势,是最具潜力的一种可再生能源。随着科技的不断进步,越来越多的太阳能技术被开发利用,光伏和光热是太阳能利用的两个主要方面,其中,利用太阳能集热来满足供暖、供热水等低品位能耗的需求具有很大的节能效益,也一直是建筑节能研究与开发利用的重点。但太阳能利用受到太阳光照的间歇性和季节性影响以及热利用效率低等因素的制约,其保证率较低是目前使用过程中暴露的问题之一,如何高效的将太阳能收集、贮存和转移是我们面临的重要问题。由于相变储热材料在相变过程中具有较大的相变潜热、较高的储热密度和较平缓的吸放热过程等优点,成为目前最主要的储热方式。因此,本文研究了将聚焦式太阳能技术与相变储热技术相结合,来解决太阳能供热保证率不足的问题,并达到提高太阳能热利用率的目的。本研究通过对不同种类的相变材料(PCM)及封装技术进行分析,筛选出了具有导热系数高、储能密度大、相变时过冷度小和物理性能稳定等优势的低熔点合金作为PCM,并将膨胀石墨作为支撑材料,制备了颗粒状合金(140℃)/膨胀石墨(质量比9:1)复合相变储能材料,采用机械压制法将其压制成定形块状复合PCM,应用于聚焦太阳能储热系统中,并采用实验测试与数值模拟相结合的手段,研究了该材料在系统蓄热和放热过程中的变化情况。首先,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)等技术手段对颗粒状合金/膨胀石墨复合PCM进行表征,结果显示该材料无泄漏、复合过程无新物质生成,焓值为45.05k J/kg。再对压制完成的定形块状复合PCM进行热物性测试,对比分析得出密度为5000kg/m~3的定形块状复合PCM的导热系数能达到32.64 W/(m·K)、体积储能密度能达到2.25×105k J/m~3,经过反复高温加热后形状不变、无合金泄露,且优化后表面吸光率可达到90%。其次,搭建了定形块状复合PCM太阳能热利用测试系统,介绍了其工作原理和运行模式,开展了不同的光照强度(分别为530W/㎡、560W/㎡、590W/㎡)和水流速度(分别为0.4m/s、0.5 m/s和0.6 m/s)对该系统的蓄热和放热过程影响的研究。实验结果表明,在蓄热过程中,储能装置内的复合PCM温度分布较均匀,可很好地完成相变蓄热过程并达到180℃,且随着光照强度的增加,蓄热速率明显提高;在放热过程中,相变储能装置可瞬间释放大量的热,使流体快速被加热到所需温度,且随着水流速度的增加,可有效缩短放热时间。另外,通过理论计算对该系统的蓄热效率和体积优势进行分析,蓄热效率随着光照强度的增加而增加,当光照强度为590W/㎡时,其蓄热效率可达86.3%;与常见的太阳能蓄热介质(石蜡或高温水(水温90℃))相比,本复合PCM可大大减小储能装置的体积。最后,在模拟方面,本研究将实验的物理模型进行简化,利用计算流体力学软件Fluent模拟计算了不同的太阳光照强度和水流速度对该系统的蓄热和放热过程的影响,得到了与实验数据相吻合的结果,验证了数学模型及程序的正确性和可靠性,也说明了该系统具有良好的应用可行性。