热能存储技术对于提高能源利用率和环境保护具有重要意义。在石蜡内添加高导热系数的纳米颗粒制备复合相变材料能够有效提升其传热性能。本文在此基础上对所制备的复合相变材料进行了实验研究和数值模拟。在石蜡基液内添加不同种类的纳米颗粒研究了制备过程中超声时间、超声功率、材料含水量和分散剂对其颗粒分布稳定性的影响,结果表明所测试的六种石蜡基纳米颗粒相变材料均存在最佳超声时间;在实验测量范围内,纳米颗粒的分散稳定性随超声分散功率的增大而提高;对材料进行干燥处理和添加与纳米颗粒等质量分数的分散剂均能够有效提升颗粒分布的稳定性。测试了碳纳米管、石墨烯和纳米石墨烯片三种颗粒在不同体积分数添加量下制备的复合相变材料导热系数、粘度、相变温度和相变潜热数值等热物性参数,结果表明添加纳米颗粒能够提升复合相变材料的导热系数,复合相变材料的粘度也会随着纳米颗粒的添加量增多显著提高,当纳米颗粒的添加量为基液体积分数的2%时,碳纳米管、石墨烯和纳米石墨烯片对于纯石蜡的导热系数分别提升了26.2%,38.7%和29.5%,粘度则分别增大了83.7%,41.3%和58.6%。在石蜡中添加三种颗粒对于复合相变材料的相变温度几乎没有影响,而材料的凝固潜热值和融化潜热值则呈现减小趋势。设计了圆柱体蓄热单元实验台分别测试了碳纳米管、石墨烯和纳米石墨烯片三种纳米颗粒的添加对模型内相变材料凝固/融化过程的影响,得到结论在纯石蜡基液中添加三种颗粒都可以加速材料的凝固过程,加速效果随纳米颗粒的添加量线性增长,在相同体积分数添加量的工况下,石墨烯对凝固过程的加速效果略优于纳米石墨烯片。对于融化过程三种纳米颗粒添加引起的导热系数和粘度增长共同影响模型内相变材料的熔化速率,在不同节点都出现了由于粘度增长造成削弱甚至抵消导热强化效果使得融化速率减慢的现象,因此复合相变材料的融化过程能否被强化是由导热和对流换热共同作用决定的。模拟了实验台内相变材料的融化过程并与实验数据进行验证,分析了改变无量纲数过冷温度GL和斯蒂芬数Ste对模型内材料液相分数和热壁面上热流密度的影响,并且通过公式拟合获得了模型中石蜡的液相分数与Ste数的关系准则式。