随着人类的生存和社会的发展,能源的需求量日益增加,传统的化石能源不但面临逐渐衰竭,而且导致生态环境受到严重的污染与破坏,故寻找新型的清洁能源成为研究热点。太阳能作为取之不尽、用之不竭的清洁能源,其来源稳定、储量丰富、低碳环保,是解决世界能源危机的重要方案之一。聚光型太阳能热发电(Concentrating Solar Power,CSP)技术在能源的供给和节能减排方面有重要的作用与意义。在现有的CSP技术中,由于线性菲涅尔反射式(Linear Fresnel Reflector,LFR)太阳能热发电系统采用条形反射镜聚光装置,其反射镜风载低、反射镜布置紧凑、造价成本低、控制灵活等优点,成为了近几年太阳能领域研究的热点之一。在LFR系统中,聚光集热系统是整个发电系统的关键组成部分之一,它为整个LFR系统提供能量的输入,提高聚光集热系统的光热转换效率是整个系统中研究的重点,也是难点之一。在聚光集热系统中,改善光热耦合性能是提高系统整体效率的关键。因此开展线性菲涅尔聚光集热系统的理论与实验研究具有重要的学术意义和应用价值。首先,本文对线性菲涅尔聚光集热系统进行了理论分析,建立了将一次反射镜场与复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Collector,CPC)耦合考虑的聚光系统。采用无阴影镜场优化布置原则,理论研究了接收器高度,镜场宽度与一次镜间距等重要参数,确定了一次镜选择及布置参数。通过Matlab编程技术,利用光线追迹法,建立了线性菲涅尔聚光系统几何光学模型。通过Soltrace光学软件,建立了聚光系统的三维光学模型,与Matlab软件得出的结果相对照,验证了整个系统研究方法的可靠性。其次,对线性菲涅尔接收器表面能流密度分布特征进行了分析研究,研究结果表明:吸热器表面辐射能流分布不均匀,吸热管顶部分布较少,大部分能量汇集在吸热管下部,该区域内能流密度处于较高水平,可能出现局部高热流。这种不均匀的能流分布对系统的稳定运行带来了隐患。故提出了一种基于遗传算法原理的优化方法,通过改变主镜场的瞄准线以优化接收器表面的能流分布,改变单个一次镜的瞄准点来最小化接收器表面上的通量密度分布的标准偏差。通过优化算法,实现了79.53%光学效率,且使吸热管上半部分能流分布达到了40%。因此,该算法对光学效率和能流均匀性均有有益的影响趋势。该方法同样适用于其他参数的LFR聚光集热系统能流密度分布的优化。最后,对LFR系统中单管CPC腔式接收器的热性能进行了理论研究。在LFR的集热系统中,必将涉及到辐射-导热-对流耦合传热过程,故探究高热流条件下传热工质的换热规律和传热过程是非常有必要的。通过能量守恒原理建立腔式接收器的一维稳态传热模型,准确的描述了真空集热管与CPC到外部环境的热损失。结果表明,当风速为3m/s时,选择集中通量为通常范围内的极值10~40 kW/m~2,热损随着管壁与环境之间的温差和辐射通量的增加而增加。选择一般风速的极值1m/s和12m/s,热损也随着管壁与环境之间的温差和风速的增大而增大。但在相同条件下,含有真空管的腔式接受器热损均小于带玻璃板的接收器。故含有真空集热管的腔式接收器是很有前途的设计,其在经济性和热性能方面,表现出很大的优势。