在传统化石能源的开采利用面临着储量降低、污染严重等一系列问题的背景下,太阳能凭借着普遍、无害、巨大、长久等特点,成为一种重要的新型能源。由于到达地球的太阳辐射能流密度很低,因此在太阳能利用中通常需要将其进行辐射会聚,常见的聚集系统分为塔式、槽式和碟式三种,经过聚焦之后的高能光束将在某装置中完成光-热、光-电或光-化学转换。其中,太阳能热化学制氢过程通过太阳能驱动,经会聚后的高能光束在热化学反应腔内将金属氧化物分解,为后续水解制氢做准备。本文以ZnO/Zn工质对的太阳能两步法制氢过程为研究对象,通过光学仿真软件Trace Pro、流体仿真软件Fluent模拟了光线汇聚吸收、反应腔内热化学特性及各参数对于化学反应的影响。首先基于蒙特卡洛法(Monte Carlo Method),通过光学仿真软件Trace Pro,模拟了聚焦平面处太阳光线分布及反应腔内壁面的辐射热流分布,并进一步研究了太阳能聚集半径、反应腔内壁面材料辐射特性及聚焦平面与反应腔入口平面之间的位置关系等因素对腔内热流的影响,并得到反应腔内壁热流分布。然后将反应腔壁面热流作为边界条件,通过流体仿真软件Fluent,耦合辐射、对流、导热研究反应腔内稳态热特性。此外,考虑氧化铝陶瓷表面发射率随温度的变化情况,模拟了腔内加热的瞬态过程。最后,耦合化学反应,得到ZnO颗粒参与下的反应腔内温度分布,研究了不同运行参数对于ZnO分解反应的影响。考虑ZnO颗粒吸收因子随温度的变化,模拟了腔内的瞬态化学反应过程。本文模拟了光线聚集过程、反应腔内稳态瞬态热特性和稳态瞬态化学反应过程,比较了各参数对太阳能聚焦系统、反应腔性能的影响趋势,为碟式太阳能聚集系统中反应腔内ZnO颗粒分解过程提供了理论分析,为太阳能热化学反应腔的设计、优化提供了思路。