太阳能热化学技术作为太阳能利用的重要形式,可以实现对太阳能资源的储存,为太阳能的跨地域、跨时域利用提供了可能。太阳模拟器和高温热化学反应器是进行太阳能热化学技术研究的关键设备,设计满足要求的仪器结构对反应机理的研究、反应过程的控制具有重要意义。本文的研究内容包括高辐照均匀性的太阳模拟器结构设计和高温热化学反应器的结构设计两大部分。太阳模拟器的设计工作针对热化学技术的要求进行,通过结构参数以及聚集性能的计算得出标准椭球聚光单元模型,并分析了不同结构参数对椭球聚光单元聚集性能的影响。以辐照不均匀度作为衡量参数,对标准椭球镜进行面型的改进设计,得到了输出能量更加均匀的聚光单元结构,并以该聚光单元为基本组成部分展开高功率的太阳模拟器设计工作,模拟器采用七碟正六边形的布置方式,获得了高辐照度和高辐照均匀性的能量输出。基于太阳模拟器设计了高温热化学反应器,利用连接太阳模拟器和反应器的光热转化分析方法对反应腔壁面能量分布和反应器内的热输运特性进行了计算分析。针对分析结果进一步对反应器的结构模型作出改进设计,提出锥形反应腔模型,计算了改进后的反应腔壁面能量分布和热输运特性,结果证明,改进后的反应器结构可以获得更高的腔内温度和更好的气动特性。本文的研究工作旨在为太阳能热化学技术的实验研究创造条件,为后续热化学反应的机理研究与过程控制奠定基础。