در این رساله اثرات به کارگیری سطوح گسترش یافته و نانو ذرات بر میدان جریان، توزیع و کانتور دما، انرژی جذب شده و باز‏گردانده شده در فرآیند شارژ و دشارژ یک مبدل حرارتی پوسته لوله‏ای با حضور ماده تغییر فاز دهنده به عنوان ذخیره کننده انرژی گرمایی به روش‏های عددی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار می‏گیرد. شبیه‏سازی‏های عددی توسط نرم افزار تجاری به منظور مطالعه رفتار ماده تغییر فاز دهنده انجام شده است. همچنین خواص مورد ماده تغییر فاز دهنده با آنالیزهای انجام شده بدست آمده و در قالب udf در نرم افزار استفاده شده است. در کار تجربی حاضر با استفاده از دو ترموکوپل در ورودی، خروجی انرژی کلی داده شده و پس گرفته شده از سیال و همچنین توسط 16 ترموکوپل قرار گرفته شده در مختصات شعاعی، زاویه‏ای و طولی توزیع دما محاسبه و مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین به منظور بررسی اثر سطوح گسترش یافته از فین‏های طولی و حلقوی از جنس مس با دو ارتفاع 13 و 26 میلیمتری و همچنین برای بررسی حضور نانو مواد از نانو اکسید مس و آلومینا در درصدهای جرمی 2 و 4 درصد استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی نتایج عددی، شبیه سازی حاضر با کار تجربی موجود بررسی شد. سپس با توسعه کار تجربی و شبیه سازی عددی دستیابی به اهداف مورد نظر در این تحقیق محقق گردید. نتایج نشان داد که با افزایش عدد استفان و همچنین قرار دادن سطوح گسترش یافته ضریب تئوری مبدل در فرآیند شارژ و دشارژ افزایش یافته است. با افزایش ارتفاع و همچنین تغییر هندسه فین‏ها از حلقوی به طولی ضریب تئوری مبدل با روند افزایشی مواجه شده است. از طرفی با اضافه کردن نانو ذرات در هندسه بدون فین افرایش چشمگیر در انرژی جذب شده و باز گردانده شده مشاهده شده است اما اثر حضور نانو مواد در مبدل با فین طولی 26 میلیمتری بدلیل تاثیر شدید سطوح گسترش یافته محسوس نبوده است.