多孔介质热化学循环太阳能燃料技术过程中涉及的复杂反应和传热传质过程尚未建立相对完善的数学模型。本文以多孔氧化铈的热化学循环水水解过程为研究对象，将颗粒尺度的氧输运与宏观尺度的热质输运耦合起来，提出了光热驱动条件下完整的多孔介质非热质平衡模型。实验数据验证了动力学和传热传质模型的可靠性，分析了反应物浓度对动态过程的非热平衡效应、入射辐射热流效应。在床层体积效应下，入射辐射的轴向温度梯度使热力学平衡控制的缺陷反应最大氧空位浓度出现在床层前部。在缺陷反应的动态过程中，氧化反应比还原反应快。提高多孔氧载体反应器的产物浓度主要应从还原阶段的反应过程和条件入手。本文可以为此类问题的建模和过程设计提供更完整的理论依据和参考路径。