本文在总结太阳灶现存问题的基础上,根据菲涅尔透镜聚光特性以及太阳能极轴式跟踪原理,提出了一种新型太阳能聚光器-菲涅尔极轴式定焦点聚光器,并通过与腔体吸收器、翅片盘管式相变蓄热器相结合构建了间接式太阳灶-菲涅尔极轴式定焦点相变储能太阳炉。首先,综合运用实验研究和数值模拟的方法对菲涅尔极轴式定焦点聚光器的固定焦点聚光特性进行了验证;其次采用数值模拟和实验研究的方法分别对该菲涅尔极轴式定焦点聚光器/腔体吸收器系统(菲涅尔极轴式定焦点聚光系统)的光学性能和热性能进行了深入研究;最后,将该聚光系统与翅片盘管式相变蓄热器结合并应用到太阳炉中,采用实验方式对不同工作方式下太阳炉的整体热性能进行了研究分析。针对菲涅尔极轴式定焦点聚光器的固定焦点聚光特性,采用实验与数值模拟相结合的方式,对不同聚光入射角、不同跟踪误差角度以及不同周期性赤纬角调整误差角度下的聚光性能进行了研究与验证。结果表明,该聚光器可以在全年不同聚光入射角下实现固定焦点聚光。实验过程中,菲涅尔极轴式定焦点聚光器的相对光学效率损失最大值为1.87%。接收器上聚光焦斑的平均能流聚光比和最大能流聚光比分别达到86.64和1319.43以上。聚光器跟踪误差角度应小于1°。当跟踪误差角度大于1.5°时,相对光学效率损失急剧增加,达到17.42%。聚光器的周期性赤纬角调整误差角度也应小于1°。实验与光学模拟结果吻合较好,光学模拟误差最大值小于5%,说明光学模型是有效的,光学模拟方法可以用于验证菲涅尔极轴式定焦点聚光器的固定焦点聚光特性。针对传统腔体吸收器所存在的太阳能吸收死区以及其内吸收表面能流分布不均匀问题,采用数值模拟的方式对菲涅尔极轴式定焦点聚光器/腔体吸收器系统的光学性能进行了研究。结果表明,底部反射锥不能完全改善腔体吸收器内吸收表面能流密度均匀性,但可以提高系统光学效率。在底部反射锥圆锥角90°,底部反射锥反射率0.85,腔体吸收器内吸收表面吸收率0.85的基础上,带有底部反射锥的球形、脚柱形、锥形腔体吸收器的系统光学效率平均值分别为72.23%、68.37%和76.40%,同时它们对应的传统腔体吸收器的系统光学效率平均值分别为68.49%、31.91%和74.61%。前者的系统光学效率平均值分别显著提高了3.74%、36.46%和1.79%。腔体吸收器内吸收表面吸收率和聚光入射角分别对系统光学效率和腔体吸收器内吸收表面能流密度分布均匀系数具有最显著性的影响。带有底部反射锥的锥形腔体吸收器最适用于菲涅尔极轴式定焦点聚光器/腔体吸收器系统。针对透明玻璃盖板可降低腔体吸收器热损失,同时存在增加系统光学损失的问题,采用实验研究与数值模拟的方法对菲涅尔极轴式定焦点聚光器/锥形腔体吸收器系统光学性能和热性能进行了研究。结果表明,聚光入射角对该系统光学效率有显著影响,无透明玻璃盖板的系统光学效率高于有透明玻璃盖板的。有透明玻璃盖板的系统时间常数小于无透明玻璃盖板的。比较聚光入射角下有透明玻璃盖板和无透明玻璃盖板的系统热效率,可以看出在较宽的归一化温差范围内,有透明玻璃盖板的系统瞬时热效率高于无透明玻璃盖板的。F’η0(θ)和F’UL/C分别是较低和较高归一化温差范围内的主导参数。针对相变蓄热器存在的换热效率低,以及太阳灶在使用过程中存在能源利用时间、空间的不匹配的问题,本文采用实验方式对菲涅尔极轴式定焦点相变储能太阳炉的热性能进行了研究。结果表明,翅片盘管式相变蓄热器的倾斜角虽然不能明显提高其储热性能,但是在一定程度上可以改善其内部复合相变石蜡温度分布情况,减少传热温差,提高温度分布均匀性。在完成相变释热时,翅片盘管式相变蓄热器存放时间能够达到15.7h,这可以满足当天晚上和第二天早上的家庭用热的时间要求。在直接式集热工作方式下,太阳炉油箱内的油温可在54 min内从25℃升至156℃左右;间接式蓄热工作方式下,翅片盘管式相变蓄热器从加热开始到发生相变储热,到完成相变储热以及到相变蓄热实验结束时太阳炉的蓄热效率分别为24.94%、29.43%和26.25%;在相变蓄热器热利用工作方式下,从翅片盘管式相变蓄热器开始释热到完成相变释热和到相变释热实验结束时太阳炉相变蓄热煮水的循环热效率分别为76.53%和 78.02%。本文关于菲涅尔极轴式定焦点聚光系统的研究方法和相关研究结果为固定焦点聚光系统的设计和开发提供了理论依据,对与建筑物相结合的多功能太阳灶应用提供了重要参考。