太阳能是取之不尽、用之不竭的环保新能源,是世界应对能源危机的最佳解决方案之一。我国目前在太阳能低温(100℃以下)应用(太阳能热水器)方面取得了巨大的成功,但对太阳能中高温热利用(100-300℃)的研究还很少,广大工业过程亟需环保、价廉的中高温热源。线性菲涅尔反射式(Linear Fresnel Reflector, LFR)太阳能中高温集热系统,使用平面反射镜,易于制造、价格低廉,与其它聚焦太阳能系统相比具有显著优势,得到了世界各国的高度重视和普遍关注。目前,线性菲涅尔反射式集热系统普遍存在遮挡和阴影问题,造成系统利用效率低,必须研究菲涅尔系统的优化布置形式以削弱该问题的影响。另一方面,在太阳能集热系统中涉及到辐射-导热-对流耦合传热,要实现整个能量传递环节在最优工况下运行,必须研究高热流密度条件下传热工质的换热规律,探索接收器内强化传热的方法。有关这方面的研究已成为太阳能中高温领域的前沿课题之一,具有十分重要的学术研究意义和非常广阔的应用前景。本文首先研究了将平面反射镜场与复合抛物聚光器(Compound Parabolic Collector, CPC)耦合考虑的新型菲涅尔反射聚光系统,探索解决线性菲涅尔系统阴影和遮挡问题的方法。给出了CPC的设计原理和优化途径；分析推导了确定集热系统接收器高度、镜场范围和反射镜间距等重要参数的布置公式；计算出了每面反射镜的最佳初始偏角,建立了反射镜场布置和二次聚光器结构设计综合优化理论与模型。并根据理论分析,设计计算了一个典型的1kW菲涅尔反射集热系统,给出了镜场布置的关键参数,并利用TracePro光学模拟软件,采用蒙特卡罗光线跟踪法,建立了所设计的1kW菲涅尔反射系统的光学模型,研究了在不同太阳光线入射角的情况下,菲涅尔系统的镜场布置和光学性能。其次,根据热力学第一定律,对反射式线性菲涅尔单管CPC腔型集热器的集热性能开展了理论研究。针对该系统建立了稳态模型,利用辐射热网络法和传热热阻原理,研究了CPC腔型集热器内的辐射传热和热损失分布情况,计算了该集热器的集热性能。模拟分析表明：在计算条件下,CPC腔型集热器最大集热效率约为0.65,在太阳能集热高温段有着明显的优势：增加接收器的长度能够很好地提高集热温度；通过玻璃盖层的传热是系统热损失的主要环节；集热器光学参数对集热性能的影响较大,应努力提高玻璃盖层的透过率和CPC腔体内壁的反射率并降低保温层外壁的发射率来减小总热损系数,提高集热器的热性能。另外,运用MATLAB/GUI图形界面设计工具来研究开发了一种CPC腔型集热器热性能分析软件,用户可以通过改变集热器的结构参数来研究系统性能的相应变化,该软件提供了一个可供反复使用且操作简单的集热器热分析工具。最后,基于上述理论优化分析,搭建了典型1kW线性菲涅尔反射式中高温集热系统,通过实验来验证其实际性能。本文测试了该集热系统的热损失性能、空晒性能参数、CPC腔温度分布和集热效率等关键参数。实验结果显示,该集热器的平均热损失系数UL约等于0.63 W/(m2·℃),表明本实验装置有着良好的保温性能；在实验条件下,菲涅尔反射式集热系统的空晒温度达到270℃,其空晒性能参数Ys约为0.52℃.m2/W;CPC腔体内的温度变化趋势一致,但其分布是不均匀的,中间位置的温度最高,两端和边缘位置的温度最低；该菲涅尔集热系统拟合效率曲线为η=0.618-0.00125(T1-Ta)。实验结果表明,所设计的线性菲涅尔反射式中高温集热系统有着较优的集热性能。