容积式太阳能吸热器具有质量轻,热转换效率高等优点,在太阳能热利用技术中广泛应用。但是,多孔介质吸热芯的入口辐射能流分布不均匀,导致吸热芯局部高温,对外辐射散热损失大,影响了吸热器的热效率和运行稳定性。因此,改变多孔介质吸热芯结构,促进聚集太阳辐射在吸热芯内的传输,实现梯度吸收,减少高温红外辐射损失,具有研究意义。为此,本文提出一种对聚集太阳辐射吸收系数梯度增加的石英玻璃-多孔介质双层吸热芯,采用实验测量和数值模拟相结合的方法对入射聚集太阳辐射下的双层吸热芯辐射-对流耦合传热特性展开研究。针对石英玻璃-多孔介质双层吸热芯内的耦合传热数值计算,采用蒙特卡洛法跟踪模拟入射聚集太阳光在吸热芯内的辐射传输和多孔介质的高温红外辐射传输,采用P1近似求解多孔介质固体骨架自身辐射传输,采用局部非热平衡模型求解多孔介质区的对流换热。通过Fortran语言自编辐射传输求解程序,结合Fluent软件,借助用户自定义函数载入辐射传输和局部非热平衡传热计算模块,实现辐射-对流耦合传热数值计算。实验测量是研究石英玻璃-多孔介质双层吸热芯热转换性能的重要途径,亦是验证数值模拟可靠性的关键。本文对双层吸热芯的热辐射物性和耦合传热特性分别进行了测量研究。构建石英玻璃-多孔介质双层吸热芯样品模型,采用分光光度计测量双层吸热芯的热辐射物性。设计搭建耦合传热实验装置,通过测量工质流体的温度、流量等参数,间接测量分析双层吸热芯热转换性能。建立玻璃套管式多孔介质双层吸热芯耦合传热数值模型,通过数值模拟和实验测量对吸热芯内的辐射-对流耦合传热特性展开分析,研究了双层吸热芯的启动过程,考察了工质流体非均匀入口、玻璃套管和多孔介质结构参数对双层吸热芯传热性能的影响。采用孔隙面积近似建立玻璃孔板-多孔介质双层吸热芯二维轴对称数值计算模型,对双层吸热芯的入射聚集太阳辐射吸收特性和耦合传热特性进行研究。最后从热效率、实验操作性和运行稳定性等方面对双层吸热芯和单层多孔介质吸热芯进行比较分析。通过研究,验证了本文双层吸热芯耦合传热数值模拟的可靠性,明确了玻璃套管式和玻璃孔板式多孔介质双层吸热芯的热转换性能,为容积式多孔介质吸热器的设计和优化提供参考。