世界经济的快速发展,有赖于石油、天然气以及煤等不可再生能源的广泛使用,但由于不可再生能源的日益消耗,引发了世界性的能源危机。太阳能由于具有清洁环保、用之不竭以及分布范围广的特点,受到人们的极大关注。而设计出成本低、效率高、结构简单的太阳能集热器,是目前各国主要的研究目标。目前,使用较为广泛的聚光型太阳能集热器包括:抛物槽式、塔式、菲涅尔式以及碟式太阳能集热器等。为了提高太阳能的利用效率,多种不同跟踪形式的太阳能集热器被设计与研究,包括免跟踪型、单轴跟踪型以及双轴跟踪型太阳能集热器等。本文针对以上不同类型太阳能集热器中存在的成本较高、效率较低以及跟踪结构较复杂等问题,提出了一种成本较低、效率良好、结构简单的免跟踪线性菲涅尔聚光集热器,阐述了这种集热器的设计方法以及工作原理,把创建出的集热器三维建模,导入到模拟软件Tracepro中进行光斑模拟分析。最后,本文搭建了免跟踪线性菲涅尔聚光集热器系统的实验平台,进行聚光和集热性能实验,计算得出了集热器的集热效率,并把实验得出的数据与模拟得出的数据进行比较。主要研究内容和结论具体如下:(1)本文以光线的直线传播、折射和反射三大定律为依据,通过对线性菲涅尔透镜的聚光原理进行分析,确定真空集热管的安装位置。同时,本文根据光线追踪的边缘光线原理,以及渐开线的数学表达式进行设计,得出了复合抛物面聚光器(CPC)的一种设计方法。本文根据太阳全年运行规律,结合当地的地理纬度位置,确定了菲涅尔透镜的安装倾角表达式。最后,本文将复合抛物面聚光器以及线性菲涅尔透镜结合在一起应用,设计出了一种能够在一定程度上实现免跟踪的线性菲涅尔太阳能集热器,并对其工作原理进行了阐述。(2)本文在三维画图软件SolidWorks中,对设计出来的免跟踪线性菲涅尔太阳能集热器进行建模,把此模型导入到光学模拟软件TracePro中,并进行光线追踪模拟分析。本文对接收器安装位置进行模拟分析,选择的最佳安装位置为焦距的600 mm处。本文分析了此集热器在不同太阳辐照度情况下的聚光性能,并对太阳在一天(太阳赤纬角为-21°)时进行光路模拟,计算得出了集热器的平均光学效率为46.34%,最大光学效率为52.59%。本文模拟了太阳一年中的运行轨迹,得到了集热器在有滑移时的全年平均光学效率为51.37%,无滑移时的全年平均光学效率为18.57%,通过对光学效率变化情况分析,得出集热器在有滑移时的聚光效果比无滑移时的聚光效果好。(3)本文在进行了免跟踪线性菲涅尔太阳能集热器的理论设计以及光路模拟分析的前提下,搭建出了免跟踪线性菲涅尔太阳能集热器系统的实验平台。本文介绍了此集热器主要的三个实验系统,并对实验的测量设备进行了筛选。在太阳辐照度为700W/m~2左右的晴朗天气条件下,本文对集热器进行有滑移和无滑移时的集热实验,通过对数据的测定,计算其集热效率。结果显示,有滑移时的平均集热效率为22.9%,无滑移时的平均集热效率为6.40%,因此,当有滑移时,集热器具有比无滑移时更高的集热效率。最后,当损失系数为0.88时,实验结果与模拟结果较为吻合,验证了模拟结果的准确性。