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随着传统能源危机加剧和环境恶化，利用高温光热转换和热化学转化技术，将太阳能和化石资源（水或生物质）转化为方便储存和传输的化工基础原料成为热点课题之一。太阳能高温反应器是实现该过程的关键。但现有反应器在运行时会出现反应物烧结或反应腔内温度梯度过大的局限，难以满足高温热化学反应器的要求。 结合高温热管技术，提出一种新型太阳能高温相变反应器，利用热管相变传热的高效性和均温性改善现有高温反应器的不足，为太阳能高温热化学反应器的研制提供新思路。本文以此反应器为研究对象，设计了它的核心部件——异型高温热管，数值计算并探讨了其结构参数、传热功率和反应温度对热应力的影响规律，模拟分析了反应器反应腔的传热性能，为后续的优化设计提供参考。主要研究内容和结果如下: 设计的异型高温热管，由热板和4根热管耦合而成，热板外径为159mm，厚40mm;热管外径为21mm，长度为90mm。其传热功率为1kW，设计温度为750℃。筛选钠作为传热工质，310S不锈钢为壳体材料，采用三角形沟槽上覆盖金属纤维毡的组合式吸液芯结构。确定了其基本结构尺寸，对可能出现的传热极限进行了校核，校核表明合格，其中黏性极限和毛细极限较其他极限小，分别为2.37kW和4.95kW，在实际运行中应注意。 采用ANSYS有限元软件分析了异型高温热管的热应力，考察了热板端盖厚度、热板壳体壁厚、圆角半径、传热功率和反应温度对热应力的影响。分析表明:最大热应力随热板端盖厚度增大先减小后增大，适当降低设计厚度，可减小传热热阻，从而缩小温差，降低热应力。最大热应力随热板壳体壁厚增大先减小，然后基本保持不变。过渡圆角半径大小在2～10mm范围内的变化对最大热应力影响不显著，但对局部热应力影响较明显。传热功率对热应力的影响明显，且传热功率越大，热应力越大。反应温度对最大热应力影响小。 利用FLUENT软件，以N2为载热介质，引入离散坐标辐射模型(TheDiscreteOrdinateRadiationModel)，考察了热管排列方式、进出口位置和进气速度对反应腔内传热情况的影响。结果表明:反应腔内热管的存在增大了换热面积，增强了反应腔内的扰流，强化了N2的传热过程，且热管正方形排列方式比三角形排列方式略好;采用侧面切向进气，另一侧切向出气方式时，各高度平面上N2平均温度最高为725.9℃，传热性能较其他方式好;小的进气速度可获得较好的换热效果，速度为1m/s时N2平均最高温度为731.8℃，比9m/s时高106.1℃。