太阳能等可再生能源高效利用是当今世界能源领域的重要研究方向。作为一种分布广泛,储量丰富的清洁能源,太阳能的开发利用对节约化石能源、保护自然环境具有重要意义。然而太阳能具有不稳定和不连续等固有特性,严重制约其高效利用,除了传统的聚光太阳能热发电等热利用技术以外,太阳能热化学利用已引起广泛重视,是极具开发潜力的太阳能利用方式之一。在中低温太阳能热化学燃料转换过程中,通过槽式聚光集热设备将太阳能聚集转化为200-300℃的辐射热能,并进一步驱动吸热型化学反应以将太阳热能转化为燃料化学能。太阳能热化学技术因其新颖、高效的特点成为新能源领域的研究热点。本文依托国家自然科学基金项目（No.51706249）开展了中低温太阳能热化学吸收/反应器的变工况运行分析及结构优化研究,针对热化学反应工况的复杂性和不稳定性,将以提升太阳能利用效率,优化吸收/反应器运行条件为目标,从太阳能热化学反应过程建模与分析的方面进行了讨论研究。本文首先以传统抛物槽式太阳能吸收/反应器为研究对象,建立了基于甲醇裂解反应的光-热-化学反应多物理场耦合模型,通过数值方法研究了太阳能热化学转化过程中反应流体的压力、温度、物质浓度等各物理场的分布规律,分析了吸收/反应器的结构参数及运行参数对热化学转化性能的影响。考虑实际运行工况,进一步研究了四季典型日条件下太阳能热化学性能随时间的变化规律,以热化学效率作为优化目标给出了典型日不同时刻的最优工质流量及产气速率。针对变工况条件下太阳能利用效率较低、吸收/反应器运行工况复杂等问题,本文提出了一种带有蓄热夹层的新型抛物槽式太阳能吸收/反应器,重点讨论了不同夹层厚度、焦距等结构参数以及不同运行工况下吸收/反应器的热质传递及热化学转化性能,得到了不同太阳辐照强度下甲醇流量控制参数。研究结果表明,在传统抛物槽式太阳能吸收/反应器中,催化床层的温度场及各物质浓度场具有明显的非均匀性,典型工况下催化床层出口截面最大温差为28.58 K,温度分布不均匀性不利于反应进行,在入射辐射强度为300～1000 W/m~2的条件下,采用优化的流量与定流量运行方式相比较,热化学效率可提升5%。对于带蓄热夹层的太阳能吸收/反应器,两层流体的流向、夹层的厚度以及抛物面聚光镜的焦距对其热传递性能及热化学性能均有明显的影响,研究表明采用导热油与甲醇流体逆流的方式可以得到更高的甲醇转化率,在典型工况下与顺流相比提升9.1%。采用夹层厚度为3 mm时与传统无夹层情况相比较甲醇转化率提高约16.7%。通过对比集热器不同焦距下的运行特性,结果表面,焦距对甲醇反应过程的影响较小,但对导热油夹层的温度分布影响较大,焦距越大温度分布不均匀性将提高。本文进一步对不同工况下的运行性能也进行了综合分析,讨论了不同入射辐射强度、不同流量比等参数对吸收/反应器热化学性能的影响,结果表明,不同入射辐照强度对导热油的温度场影响较大,对甲醇裂解过程的影响较小,然而导热油的入口温度及流速对甲醇裂解具有明显的影响。