该文首先在均匀热流的条件下对插管式提热系统的换热与流动特性进行了实验与理论研究,并通过数值模拟方法研究了其机理.然后,根据研究结果设计、建造了一套集热单元及其测试系统,对以空气为工作介质的真空管集热器的热性能进行实验研究.具体工作如下:系统研究了不同插管提热系统的流动与换热的影响,获得了使系统的传热及阻力性能最佳的插管尺寸.提出热耦合因子的概念,并讨论了热耦合因子与真空管集热器热性能的关系.应用数值模拟的方法研究了插管热系统的速度场与温度场,通过实验验证了模拟结果,并着重探讨了插管尺寸对提热系统的流动与换热的影响机理.建立了真空管表面的能流分布模型,通过与文献对比证实了该模型具有一定的实用价值.首次提出应用半环突出肋对真空管进行局部强化换热的方案,初步分析了半环突出肋的强化换热的机理.建立了集流系统的流量分配模型,通过计算确定了真空管集热器的集流系统的尺寸.通过实验系统测定了人管空气集热器的时间常数、热延迟常数、入射角度修正因子,并确定了集热器的瞬态效率.通过与其他集热器的对比体现了其应用价值.