腔式吸热器是塔式太阳能热发电系统的重要设备，其主要作用是吸收太阳能并加热工质供后续发电系统。由于吸热器壁面阳光热流密度和温度高度非均匀分布，使得局部过热导致关键组件烧毁，降低了整个系统的安全性。针对吸热器壁面阳光热流密度和温度分布的高度不均匀问题，提出了向吸热器中填充颗粒气溶胶实现壁面热流密度分布均匀化。
　　为了确定气溶胶气体的种类，用Edwards指数宽谱带模型方法，对比研究了二氧化碳、一氧化碳、甲烷等三种气体的光谱平均吸收系数，结果表明：相比其它两种气体，二氧化碳的光谱平均吸收系数最大，可以作为气溶胶的填充气体。为了确定气溶胶固体颗粒的种类，用Mie散射理论方法，对比研究了碳颗粒和三氧化二铝颗粒的衰减因子、吸收因子、散射因子、散射相函数等辐射特性参数，结果表明：相比于三氧化二铝颗粒，碳颗粒的吸收因子和散射相函数最大，衰减因子和散射因子最小，可以作为气溶胶的填充颗粒。因此吸热器中填充的固体微粒气溶胶为二氧化碳-碳气溶胶。
　　在此基础上，使用蒙特卡洛光线追迹法（MCRT）方法研究了碳颗粒数密度对正方体腔式吸热器壁面阳光热流密度分布以及空间热流密度分布的影响规律。结果表明：未填充碳颗粒时，吸热器内部气体几乎为透热体。阳光直射壁面的热流密度远大于侧面，是热流密度非均匀性的集中体现。而侧面则量小且均匀。在填充碳颗粒后，阳光直射壁面的热流密度急剧下降，空间热流密度不断增加，导致整个空间及壁面热流密度均匀性极大改善，而侧壁面热流密度水平本就不高，变化不明显。此外还使用计算流体动力学（CFD）数值模拟方法对正方体腔式吸热器石英玻璃窗体的热损失进行了研究，结果表明其辐射热损失受温度的影响较大，几乎不受风速和风向角的影响；而对流热损失受温度、风速、风向角影响较大。
　　在正方体腔式吸热器的基础上采用蒙特卡洛光线追迹法-有限体积法（MCRT-FVM）耦合计算模型继续研究了填充碳气溶胶并布置吸热管道的三维腔式吸热器壁面的热流密度和温度分布、空间热流密度分布、蒸发量等热性能参数分别受碳颗粒数密度和二氧化碳浓度的影响规律。结果表明：（1）碳颗粒数密度较小时，阳光直射壁面的热流密度和温度远大于其余面，是热流密度非均匀性的集中体现，而其余面量小且均匀；随着碳颗粒数密度增大，阳光直射壁面的热流密度和温度急剧下降，空间热流密度不断增大，导致整个空间及壁面的热流密度均匀性极大改善，而其余壁面的热流密度和温度水平本就不高，变化不明显。对于空间，因碳颗粒的吸收和散射作用在整个空间内部进行，使得热流密度随阳光不断深入而逐渐减弱。最终使得吸热器蒸发量也增加。（2）二氧化碳浓度对吸热器壁面热流密度和空间热流密度几乎没有影响，其壁面温度、蒸发量由于二氧化碳吸收红外辐射能量增加而略有增加。
　　腔式吸热器内部填充二氧化碳-碳气溶胶方法能够明显改善腔式吸热器壁面阳光热流密度分布的均匀性，且具有操作简便、成本低廉、实用高效的优点，将使太阳能腔式吸热器的蒸发量和安全运行周期大幅度提升，具有广阔的应用前景以及重要的社会意义和经济价值。