面对我国能源储量与未来的发展需求存在巨大的矛盾,以及近年来以PM2.5为首的环境污染物的肆虐,积极开发利用太阳能等对于推动我国可持续发展的战略有举足轻重的意义。在低温领域,太阳能集热器已经得到良好的推广应用。在中高温领域急需寻求一种收集高品味热能的高效集热器,而复合抛物面聚光集热器(Compound Parabolic Concentrator简称CPC)因其高效的集热性能备受青睐,运行过程中按季节调整倾角,省去了运用跟踪装置这一环节,具有更经济高效的应用前景。本文从集热器光学特性和传热特性两个方面着手,分别建立了CPC内聚光式真空集热器的光学模型和传热模型,主要进行了以下几个方面的研究:(1)在分析太阳和地球运行规律的基础上,本文首先建立了太阳辐射强度模型,按照太阳的运行规律计算了吉林地区一年四个典型日各时刻太阳角方程的各参数(时角、赤纬角、太阳高度角、太阳方位角、太阳光入射角等),并计算出各时刻太阳光到达地面的辐射强度,为后续结论提供参数支持;(2)结合蒙特卡罗光线追踪法,依次考察不同入射半角集热器的内部光路径图及吸收体上的能流密度分布情况。分析得出,吸热体在不同入射半角下能流密度呈不均匀分布,这样会使得能流密度在吸热体的局部区域过大,影响集热器的集热性能,严重影响集热器的正常运行;(3)由传热学原理分析太阳能集热器的传热过程,并对集热器进行逐层分析,考察影响其传热性能的几个关键性因素,最终给出数学计算模型;(4)将集热器传热特性结合Fluent软件进行模拟研究,分别探究了太阳辐射强度、环形空间压力、工质流速和放置倾角对集热器集热效率的作用规律。分析得知:(1)太阳辐照度从500 W/m2增加到900 W/m2,集热效率从53.67%增加到了81.00%。集热效率随太阳辐射及集热器内壁温度增加而增大,然而,当太阳辐照强度超过1000 W/m2时,对集热效率增加的效果不是很明显。(2)环形空间内的热损失随压力的升高呈递增趋势,压力的增加加快了热损失的损失速率,而压力小于100 Pa时,热损失变化不明显。环形空间内氧化性气体介质长时间与吸收性涂层高温接触,通过改变涂层发射率而使热损失增大,从而影响集热效率。(3)集热器的集热效率随着进口工质流速增加呈先增加后趋于平缓的规律,当工质流速增加到1.2 m/s时,工质流速对集热器的集热效率的增加影响不大。(4)当倾角为45°左右时,集热效率最大,可见合理的集热器安装倾角有利于大幅提高集热效率。