太阳能利用以其储量无限性、开发利用清洁性,成为21世纪解决化石能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径之一。太阳能高温热化学转换是通过聚光产生高温热能来驱动热化学反应,将所聚集的太阳能转化为碳氢燃料的化学能,并在制氢、温室气体减排等领域得到广泛的研究与应用。太阳能与热化学反应相结合的能量转换过程不仅使其由物理能品位提升到化学能品位,而且可以将太阳能存储为解决单独光热利用系统不稳定、不连续等问题,有效提高太阳能热利用系统的效率。相比于其他制氢工质对,铁酸盐（MFe₂O₄,M=Ni,Co,Cu,Zn等）工质对由于其热解温度较低、氧化还原性能良好以及具有较高的产氢率而受到了人们的青睐。本文以两步热化学循环制氢为应用背景,结合实际应用过程中对太阳能高效低成本利用技术的发展需求,分析了太阳能热化学转换技术中光-热-化学能输运特性,采用数值模拟与实验测量相结合的手段研究了聚集太阳辐射热解铁酸盐颗粒过程中光热传输特性。主要的研究内容如下:采用化学共沉淀法制备了适用于中高温太阳能热化学制氢的铁酸盐微颗粒(Ni Fe₂O₄、Cu Fe₂O₄、Mn_0.9Cu_0.1Fe₂O₄),采用XRD、SEM等手段获得了制备颗粒的纯度、粒径、孔隙度等参数;通过同步热分析仪获得了不同加热速率下Ni Fe₂O₄和Cu Fe₂O₄颗粒的失重曲线以及初始分解温度;基于失重曲线采用Flynn-Wall-Ozawa方法得到了Ni Fe₂O₄和Cu Fe₂O₄颗粒的热分解动力学三参数:表观活化能、指前因子和机理函数。搭建了用于能源材料光谱辐射物性测量的实验装置,通过中国计量院的标准样片实验数据获得了实验系统的测量误差以及测量不确定度。采用溴化钾压片法测量了铁酸盐微颗粒在光谱区间0.5-2.1μm的光谱透过特性;运用Mie理论和KK关系式反演获得了铁酸盐粒子的复折射率与光谱的变化关系;基于计算得到复折射率,采用普朗克平均因子法分析了铁酸盐颗粒平均吸收因子与温度的变化关系。建立了多层-多碟聚光器的光输运模型,校正了多碟系统设计参数并分析了太阳能多碟聚光系统焦平面热流的分布规律,揭示了太阳能多碟聚光系统中反射镜固定螺栓迁移对聚集热流散斑的影响机理。采用蒙特卡洛法与有限体积法建立太阳能热裂解金属氧化物颗粒过程中热化学反应流的光热输运模型,分析了Ni Fe₂O₄反应颗粒粒径、质量流量、保护气体流速以及温度等对反应器内温度场、流场分布以及反应颗粒转化率的影响;研制了腔式太阳能热化学反应器,分析了运行参数对反应腔热性能的影响,获得了太阳直射热流密度以及保护气体流量对反应器内壁面温度的影响规律。采用?理论并结合UDF技术数值分析了太阳能热化学反应器在不同工况参数（反应颗粒粒径、质量流量、保护气体流速以及温度等）时物理?和化学?的分布特性;考虑理想Ni Fe₂O₄和Cu Fe₂O₄工质对太阳能热化学系统,采用热力学第二定律研究了不同工况参数对系统效率以及太阳能-化学能转化效率的影响;研究结果为太阳能热化学反应器的优化以及实验运行参数的优化提供了参考。