太阳能作为一种可再生能源,它的开发利用是降低化石燃料能源消耗及改善环境质量的有效途径。而太阳能真空集热器作为太阳能利用的有效形式,其传热性能的研究越来越受到重视。U型管式玻璃真空管集热器以其承压能力大,耐冻性强等优点在我国得到了广泛的应用。目前,对U型管式真空集热管的研究以一维的理论研究为主,而缺少对三维U型管式真空集热器内导热、辐射与对流耦合传热特性的研究。研究U型管式真空集热器的传热机理对提高U型管式真空集热器的光热转换效率及其太阳能综合利用效率,具有重要的学术价值。因此本文用数值求解的方法对三维U型管式真空集热管的传热机理和传热模式进行深入研究,主要研究工作如下：首先,建立了U型铜管、铝翼U型真空集热管以及U型填充式真空集热管的三维物理模型和数学模型,计算中考虑了U型玻璃真空集热管内的导热、辐射和对流耦合传热,边界条件采用非均匀边界条件,使传热模型更接近实际情况。其次,以U型铜管为研究对象,用数值求解的方法计算分析了影响U型管内传热特性的主要因素。计算结果表明,U型管内流体的自然对流明显的增强了U型管内的换热系数,当U型管壁热流密度为1000W/m2时,管内为混合对流时U型管内的换热系数较纯强迫对流时的管内换热系数增加了近一倍。第三,研究了铝翼U型真空集热管的传热特性。分析了铝翼U型真空集热管吸热玻璃管内壁与铝翼之间的空气隔层以及铝翼与U型管间的空气隔层对铝翼型U型集热管传热特性的影响。同时对影响铝翼U型真空集热管的主要因素进行了分析,包括流体混合对流、太阳辐射强度、流体进口温度、流体进口速度。研究结果表明,吸热玻璃管内壁与铝翼间的空气隔层使得集热管的热效率下降了6%左右。第四,研究了U型填充式真空集热管的传热特性。分析了填充物导热系数、边界条件、管内流体自然对流以及太阳辐射强度、流体进口流速、流体进口温度等对U型填充式真空集热管传热特性的影响。同时对比分析了铝翼U型真空集热管与U型填充式真空集热管的传热特性。分析结果发现,填充物导热系数对集热管内的温度分布有很大影响,不同填充物导热系数下集热管的得热量基本保持不变。U型填充式真空集热管的热效率比铝翼U型真空集热管的热效率提高了6%左右,正好弥补了吸热玻璃管内壁与铝翼间空气隔层对铝翼U型真空集热管传热的影响。