合理开发、利用可再生能源是实现国家发展绿色经济和可持续发展目标的必由之路。但风能、太阳能等可再生能源拥有不连续、波动性强的特点,无法直接作为稳定的能量源进行输出,且其不稳定性对于并网的稳定性与安全性也提出了挑战。储能技术通过储存不稳定的能量输入并以安全、稳定的方式再进行输出,可以有效解决可再生能源不连续、波动大的问题。其中,相变储热拥有储能密度大、工作温度波动小、安全性高等特点,被认为是更加全面、均衡的储能技术,应用前景广阔。虽然拥有着较高的储能密度,但相变材料自身的导热能力极差,导致储热系统整体储、放热效率地下,极大的限制了其在工业领域的大规模应用。因此,相变储热的传热强化问题亟待解决。为提升相变储热的换热能力,除对相变材料进行改性,提升材料本身的导热特性外,工业应用中更多的使用肋片结构辅助传热,使热能通过肋片更加快速、均匀的传递给储热材料以提升储、放热速率。本文以管壳式相变储热单元为研究对象,以强化储热单元的换热能力为目标,基于拓扑优化原理,对储热单元内肋片结构进行优化,对储热单元模型的传热能力进行了研究。主要结论如下:(1)通过拓扑优化方法计算得到全新的肋片结构,并与常见的肋片模型进行对比,验证了拓扑优化肋片结构的优越性和可靠性,极大提升了储热单元的换热能力。(2)在优化过程中考虑自然对流,揭示了自然对流对于储热单元换热能力以及拓扑优化肋片结构的影响规律。(3)对拓扑优化的肋片结构进行了几何重构,并与拓扑优化的结果进行了对比,验证了几何重构肋片的可靠性。为拓扑优化结构的实际加工和实验验证做准备。(4)设计并搭建实验台,通过实验验证与对比,证明了拓扑优化肋片在相变储热单元中的传热强化作用。