复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,CPC)是一种接近于理想聚光器的非成像聚光器。它根据边缘光线原理设计,对接收角范围内的入射光线具有光陷阱作用,可将接收角范围内的辐射光线聚集到吸收体上。其具有聚光效率高,可对各种波长和部分散射光进行收集;无需跟踪装置,只需按季节调整的优点,在中低温太阳能领域拥有巨大应用潜力。脉动热管作为一种高效传热装置,在航空设备降温、电子器件冷却、余热利用及太阳能领域具有巨大应用潜力。将CPC与脉动热管相结合,提出了一种CPC脉动热管太阳能集热器。一方面,CPC的聚光作用增加了脉动热管吸热段(蒸发段)热流密度,增强脉动热管传热能力;另一方面,脉动热管管径较小,使CPC在较小尺度下,可实现3-5倍聚光,便于实现与建筑物一体化。针对CPC的聚光特性,以及CPC聚光特性对新型集热器运行特性的影响开展了理论及实验研究。(1)通过蒙特卡罗光线追迹法(MCRT),自编程对圆管型CPC的聚光特性进行了研究,分析了截取比、光线入射角度、聚光比对聚光特性的影响,研究发现,CPC的聚光作用使圆管吸热器上形成2个热流密度峰值,随着入射光线角度增加,峰值热流密度向圆管吸热器上部移动。入射光线角度小于接收半角时,随聚光比的增加,平均热流密度几乎成线性增加,当超过接收半角时,平均热流密度陡降。平均热流密度随截取比的增大而缓慢增加,整体变化不大。(2)分析了聚光面旋转、平移、CPC起始点截取和吸热器位置的偏置对吸热器聚光特性的影响。研究结果显示,聚光面旋转、平移和CPC起始点截取对吸热器的热流密度影响不大。吸热器与CPC装配时,尽量避免吸热器下偏和左右偏置,如果入射光线以接收半角角度入射概率大,则考虑适当上移吸热器。(3)对吸热器进行优化,采用椭圆管吸热器替换圆管吸热器。替换后光学效率增加,且热流密度的峰值降低,当光线入射角度超过接收半角后,光学效率同圆管相比仍然较高,且在大的入射角度时还可以吸收太阳辐射能。(4)对优化后集热器中集热计算单元建立了数值模型,用FLUENT对比模拟并分析了不同倾斜角、太阳辐射强度对集热器热性能的影响。研究结果显示,集热器的集热性能随着太阳辐射强度的增加而升高;倾斜角不同时,集热器的集热性能变化很小,基本上没有影响;椭圆吸热器的集热效率均优于圆管吸热器;CPC起始点截取后,集热效率减少很小,实际工程应用中可以对CPC起始点截取,降低加工精度的要求便于制造和安装。(5)对CPC脉动热管太阳能集热器热性能进行了实验研究,结果发现,工质和集热器进口水温对脉动热管太阳能集热器集热性能影响较大,而在不同的倾斜角度下脉动热管太阳能集热器的集热性能变化不大。应用R134a工质的集热器热效率优于工质R123。集热器进口水温增加,集热器的集热效率下降。