复合抛物面聚光器（Compound Parabolic Concentrator简称CPC）是一种低倍聚焦的非成像聚光器,在太阳能中低温热利用领域有着广阔的应用前景。本文以热管式真空管复合抛物面聚光集热器为研究对象,通过实验探究了不同工况下热管式真空管接收器的传热性能,确定CPC聚光器结构优化衡量标准;之后对CPC聚光器建立光线追踪模型,通过编制程序,分析不同结构参数下CPC的光学性能,确定热管式真空管复合抛物面聚光集热器实际运行中的跟踪方式。本文主要的工作总结如下:首先,对不同加热条件下热管真空管接收器的传热性能进行了实验研究。课题组前期工作已经确定了热管真空管接收器的尺寸,因此本文根据热管真空管接收器的实验方案设计,搭建了传热性能实验测试系统。实验结果表明,均匀加热条件下热管的热效率最高,下半表面加热次之,上半表面加热最低;相同加热方式下,随着倾角增大,热管热效率降低。其次,介绍了以圆管为接收器的CPC聚光器结构及结构方程,并分析了影响聚光器光学性能的因素,包括最大接收半角θc、圆管半径r、接收器与尖点间的缝隙宽度g等。为考虑太阳形状误差对聚光器内光线反射路径的影响,介绍并引入了太阳形状CSR的概念,给出了公式推导过程。并通过模拟分析对比了不同CSR对集热器热流密度的影响。第三,给出了以圆管为接收器的CPC聚光器光线入射及反射关系公式推导过程,建立了CPC聚光器光线追踪模型。利用MATLAB软件编制了光线追踪程序,并对不同参数下的聚光器光学性能进行光学模拟。为验证编制的MATLAB光线追踪程序的计算准确性,计算结果与Soltrace光学软件计算结果进行了对比。两个软件计算得到的圆管接收器周向热流密度分布趋势基本一致,热流密度峰值略有不同,但误差较小。第四,利用编制的光线追踪程序,模拟计算了聚光器最大接受半角、缝隙宽度、截取比等因素对CPC聚光器光学性能的影响,并以光学效率与聚光比的乘积作为聚光器结构优化主要衡量标准,对热管式真空管CPC集热器的聚光器结构进行了优化。优化结果确定,在接收器外径为42mm时,聚光器的最大接收半角为35°,缝隙宽度为2.1mm,截取比为0.5。最后,对入射光线与CPC聚光器开口平面存在偏角时的反射光线方程进行了公式推导,编制了相应的光线追踪程序,计算了入射光线倾角对聚光器光学性能的影响。计算结果显示,光线入射角较小时,接收器周向热流密度变化较小;随着光线入射角度逐渐增大,周向热流密度分布的不对称性逐渐增大,接收器两侧的热流密度峰值差逐渐增大;CPC聚光器光学效率在入射倾角大于35°时会有突然下降。根据入射光线倾角的光学模拟结果,确定夏至日CPC聚光器的优化跟踪方式为正午时间调节一次。