随着全球近几十年的快速发展,传统能源开始出现短缺和枯竭的迹象,在未来已不足以支持人类的高速发展。为了解决这个问题,太阳能光热发电技术被认为是一个有竞争力的候选者。太阳能光热电站自带储热系统,一天内能实现24小时连续发电,已成为最有潜力的可再生能源应用方式之一。基于上述背景,本文重点关注并开展了光热电站中的关键设备——高温熔盐吸热器的热性能、热应力和其预热过程等相关的研究。首先,本文研究了光热电站的常用材料在高温太阳盐中的腐蚀特性,研究发现镍铬合金625和不锈钢347H对高温熔盐具有良好的耐腐蚀性,可以分别作为高温熔盐吸热器和热盐罐及其附近管道的制造材料。而碳钢20#只对低温熔盐具有耐腐蚀性,只能制造光热电站中的冷盐罐及其附近管道。其次,设计并搭建了一个以电功率150 k W氙灯组作为光源的实验室规模的外置式熔盐吸热器系统,并研究了实验室规模吸热器的光学和热力学特性。对吸热器运行中的温度和热流提供了测量方法,同时使用试验和模拟的方法分别对实验室规模吸热器在基准工况下的热性能进行了研究。试验和模拟得到的吸热器熔盐温升分别约为4℃和4.2℃,两种方法得到的吸热器背部壁温的偏差基本在5%以内,表明两者具有良好的一致性。此外,通过计算得到实验室规模吸热器的热效率约为85%。第三,对实验室规模吸热器进行了多工况试验研究,同时基于吸热器的换热特性,使用净热流法结合吸热器热对流、热辐射的经验公式,开发了一套能快速计算吸热器稳态热性能的程序。使用该程序得到的吸热器后壁温和热电偶测量值的偏差仅为0.22%,证明了该程序的可靠性和准确性。然后使用试验和数值计算的方法探讨了实验室规模吸热器在不同工作条件下的性能变化。试验与模拟结果表明当吸热器的熔盐流量变大、氙灯的电功率减小或者环境风速增强时,吸热器内熔盐的温升都会减小。此外,又开发了一套吸热器瞬态吸热器计算程序,详细研究了实验室规模吸热器的工作环境变化后其温度分布的瞬态变化性质。第四,在之前开发的吸热器热性能计算程序的基础上,增加了吸热器的热应力计算模块,得到了一套能快速对吸热器的热性能和热应力进行评估的程序。然后将该程序应用到了YM 600 MWth吸热器上,研究其热性能和热应力的分布特点。通过数值计算,得到了该吸热器的三维温度和热应力分布图,发现吸热器的最高外壁温度和最大热应力分别出现在最后一个和第一块管板上。同时分析了吸热管在切向、径向和轴向的分应力,发现切向和轴向热应力沿着吸热管的半径方向均有压应力向拉应力的转变,而径向热应力太小几乎可以直接忽略。最后,研究了该吸热器在春分日一天内的热应力变化,结果显示吸热器的平均最大热应力和最大热应力的变化比分别为145 MPa和1.843,该吸热器的最大热应力在从春分日的12:00至18:00之间下降了45.74%。第五,引入了蒙特卡洛光线追踪算法评估了我国西北某50 MWe吸热器的热性能。该算法可以同时对吸热器表面的热流分布和吸热管间的辐射换热进行计算。最后开发了一套基于蒙特卡洛光线追踪算法的吸热器计算程序,该程序包括热流、角系数、热性能和热应力等计算模块。在对该50 MWe吸热器的热性能和热应力研究后,讨论了吸热器的过热问题并介绍一种能解决过热问题的优化算法。经算法优化后,发现在吸热器过热区域内的吸热管内、外管壁温度都符合安全标准,并且优化过程后吸热器的熔盐出口温度仍达到563℃,仅下降2℃。第六,使用实验室规模吸热器系统对吸热器的预热过程进行了研究,并开发了一套基于非稳态导热的吸热器预热瞬态性能计算程序。对实验室规模吸热器在不同恒定热流下的预热过程进行了研究,发现预热时使用的热流越大,预热时间越短,但是仅使用恒定热流预热是达不到预热要求的。因此,设计了基于吸热器表面温度实时对热流进行负反馈控制的预热方案,使用该方法预热后实验室规模吸热器的表面温度分布均匀,达到了预热要求。最后,对于环境温度对预热过程的影响进行了研究,发现环境温度为-2℃时,在相同热流下实验室规模吸热器的预热时间会比环境温度为13℃时的预热时间延长了约30 s。