为提升聚光太阳能热发电在可再生能源电力中的成本竞争力,进而促进全球范围内的碳达峰和碳中和目标早日实现,第三代聚光太阳能热发电技术（CSP Gen3）的概念应运而生。CSP Gen3主要有两个技术特点,超临界CO2动力模块和高温储热模块。根据储热介质的不同,CSP Gen3存在三种技术路径,高温熔融盐式、颗粒式和气相式。本文的研究对象便是颗粒式CSP Gen3两种设计思路中的关键部件和关键行为。关键部件分别是颗粒流-SCO2间接换热设计思路的颗粒流-SCO2移动填充床换热器（MPBE）和气相-SCO2间接换热设计思路的高温颗粒填充床。关键行为包括颗粒流与超临界CO2在移动填充床换热器中进行间壁式换热以及冷热气相介质流经储热罐内的高温颗粒填充床进行取热或者充热。本文首先建立了逆流板壳式颗粒流-SCO2MPBE的稳态换热模型,在CSP Gen3的高温应用背景下,辐射是重要的传热机制,模型纳入了固相内辐射和固壁间辐射,其中,固相内辐射又包括颗粒表面到颗粒表面的辐射以及孔隙流体到孔隙流体的辐射,固壁间辐射包括直接接触间壁的颗粒与间壁间的短程辐射以及未直接接触间壁的颗粒与间壁间的长程辐射。模型整合了辐射,压降,和SCO2物性变化相关子模型,采用空间离散和打靶法,求解得到固相侧、流体侧以及间壁侧的温度分布。本文对颗粒粒径、孔隙率、流道几何尺寸等关键参数进行了敏感性分析,量化比较了SCO2是否变物性对于传热性能的影响,在标称条件下和偏离设计点工况处对比了超临界侧的SCO2对流热阻,间壁的导热热阻,固壁间热阻（包括接触热阻,长程辐射热阻和短程辐射热阻）和固相内热阻（包括导热热阻,颗粒与颗粒、空穴对空穴的辐射热阻,固相层间的对流热阻等）四种热阻的相对大小,分析得到辐射项对于总传热系数的贡献,指出了辐射因素不能忽略的应用条件。稳态模型结果表明,在标称条件和大多数偏离设计点工况下,SCO2直流道侧的对流热阻是主要的热阻来源,与固相内热阻相当,远高于固壁间热阻和间壁导热热阻。为探究变热流密度边界条件下SCO2侧大热阻的机理解释,本文进一步提出了一个继承稳态模型结论的更精细的三维流动传热模型,数值结果表明,在x-y平面上的较短的热入口区域限制了SCO2直流道的整体传热行为。因此,抑制y向的热边界层发展,将有助于改善板壳式颗粒流-SCO2 MPBE的传热性能。基于此认识,本文引入了四种不同的强化换热翅片结构,并通过稳态模型对多流道构形的颗粒流-SCO2 MPBE进行了热工水力性能的分析和比较。为研究板壳式颗粒流-SCO2 MPBE的动态性能,进而推进SCO2动力模块乃至全聚光热发电系统的瞬态建模,本文提出了多流道构形的板壳式颗粒-超临界CO2 MPBE的动态分析框架,该框架由稳态模型和动态模型组成。稳态模型用于设计点建模,确定给定约束条件下的固相、超临界侧的流量,换热量,传热系数等初始条件信息。动态模型用于偏离设计点建模,当边界条件出现扰动时,原设计点稳态平衡被打破,系统经历动态过程进入新稳态,动态模型可以得到动态过程的演化趋势以及终稳态。稳态模型与动态模型通过两类传热系数关键参数耦合,传递信息。本文设立了三类初始条件:固相侧偏离设计点+50～-100K的温度范围,超临界侧偏离设计点+50～-100K的温度范围,超临界侧0.05-1.5倍设计点速度的入口速度范围,共13种测试工况。本章分析了5种MPBE构形对13种工况输入在两种类型扰动（阶跃扰动和线性扰动）下的动态响应,并总结比较了对应工况的弛豫时间。本文第二大块是高温颗粒填充床的充取热过程建模分析。针对经典的Schumann两相模型和单相模型在第三代聚光太阳能热发电技术应用的局限性,提出了改进的更为一般性的高温颗粒填充床充取热模型,纳入了填充床内颗粒表面到颗粒表面的辐射作用和孔隙流体到孔隙流体的辐射作用。模型探讨了冷流体从填充床取热和热流体对填充床充热两种模式,冷热流体包括工程中常用的空气、稀有气体中的氦气和氩气,二氧化碳。本文比较了标称条件下4种流体类型颗粒填充床的有效取热时间和满充时间,并拟合得到了填充床不同几何尺寸下的有效取热时间和满充时间与岩石颗粒用量的关联式。