化石能源大量燃烧造成了能源短缺和环境危机等问题,太阳能热发电技术被认为是一种前景光明的解决方案。槽式太阳能热发电技术是目前商业化程度最高的太阳能热发电技术,但槽式太阳能吸热管表面的太阳能流分布极不均匀,易导致吸热管壁温度梯度、应力和形变等安全性问题。因此开展槽式太阳能吸热管安全性研究具有重要意义。为提高槽式太阳能吸热管的安全性,本文提出一种将集热管偏置安装的方法,以提高吸热管表面太阳能流分布均匀性。通过机理研究推导了集热管初始偏置量的理论方程,并利用某有限元软件建立了LS-2型槽式系统太阳能吸热管的光-热-流-固多物理场耦合模型,研究了偏置前后吸热管的传热及安全性能。结果表明,与未偏置的吸热管相比,吸热管偏置-24 mm时,吸热管的圆周温差和最大周向应力减小45%和15%～39.5%,最大形变量减小10%～40%,光热效率提高2.5%。通过对单回路槽式太阳能集热系统进行机理研究,建立了两相流相变、传热及流动等过程的数学模型和基于单相流和两相流的LS-3型槽式系统太阳能吸热管的有限元模型,研究了预热段、蒸发段和过热段吸热管的安全性和热经济性。研究发现,预热段吸热管的安全性和热经济性优于过热段,环状流态下吸热管的安全性优于分层流。过热段吸热管壁温差、最大应力和形变分别比预热段高70%～80%、60%～70%和30%～45%,传热效率和光热效率低4%～20%。不同跟踪角下,环状流态的吸热管壁最大温差和最大应力比分层流态的吸热管壁分别低40%和50%。跟踪角θ=45～75°时,分层流态下吸热管呈现“凸”形变,环状流吸热管壁只发生“凹”形变。因此,工程中缩短蒸发段分层流区、增长环状流区可显著提高蒸发段吸热管安全性。