对太阳能的高效利用是助力碳中和的重要手段。现阶段建筑对太阳能的主要用能形式仍是热能,集热器是太阳能热利用的核心部件,热管式真空集热器是太阳能热利用市场中的重要应用种类。本文工作的主要目的是通过对内插热管太阳能真空集热管（solar vacuum collector tube with an inserted heat pipe,SVCTIHP）内部结构进行优化以切实提高热利用效率,主要研究工作内容如下:1、建立了SVCTIHP的物理模型和稳态传热数学模型。以SVCTIHP内构件本身热阻为基础,结合微尺度边界热阻和纳米尺度传热过程,建立了热量传递阻力数学模型。并以实验用集热管性能参数确定传热数学模型的边界条件,求得了集热管的理论瞬时集热效率表达式和单根集热管各构件表面温度分布情况。2、搭建了SVCTIHP和集热器系统热性能测试试验台。通过集热管冷凝端温度测量和对原型与改型集热管进行的空晒系数测定研究,实验结果与模拟值平均误差为3.32%,验证了所建模型对单管描述的准确性。通过开式集热器系统测试集热工质单次循环集热效率和闭式水循环系统测试不同集热工质温度时集热效率变化平均误差为6.8%和2.4%,验证了所建立集热效率公式的可靠性。3、利用所建模型对SVCTIHP的传热过程进行了量化分析,根据主要热阻对集热器进行了结构优化和实验验证,结果显示:1)集热管内部主要传热构件热阻占内部总热阻比例分别为内层玻璃管的14.4%、玻璃管与翅片接触部分的4.6%、翅片的0.8%、翅片与热管接触部分的22.2%和热管的58%。结合集热管结构改进成本与效果,以翅片与热管接触热阻作为主要热阻的集热管结构优化会有较好的效果。2)通过传热数学模型解析预测翅片与热管接触热阻的优化,集热管冷凝端温度将提升7.99%,集热器系统全天集热效率将提升5%。3)实验使用三种不同导热胶优化翅片与热管间接触热阻,冷凝端温度和空晒实验与预测结果平均偏差为0.14%和0.85%,理论模型计算结果符合预期。集热器集热效率预测与实验结果平均偏差为0.34%,优化结果与模型预测具有良好的一致性,并进一步明确了结构优化使集热器启动速度平均提升了40.6%。