1.1研究背景

能源是经济发展的动力和物质基础。目前，人类社会面临着日益严重的能源紧缺问题。传统的不可再生能源，如石油，煤炭和天然气，其蕴藏量十分有限，会随着开采量和使用量的急剧增加而逐渐枯竭。与此同时，化石能源燃烧不可避免地产生大量CO₂，SO₂及NOx等气体，带来了如酸雨和世界气候变暖等环境问题，导致全球生态环境的严重污染和破坏[1]。当前中国已经成为超过美国的CO₂温室气体排放的第一大国，预计2030 年我国的 CO₂气体排放量将达到11710MT [2]。对于中国来说，能源短缺与环境恶化的问题显得更为严峻。我国人口众多，因此人均能源资源拥有量在世界上处于非常低的水平，尤其煤炭人均拥有量仅相当于世界平均水平的 50%[3]。为了保证我国经济的健康可持续发展，开发更加安全可靠、环保的能源成为解决世界能源问题的当务之急。新能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、地热能、氢能和核能等，而太阳能是21世纪最清洁最廉价的能源[4]。我国太阳能资源丰富，在2/3的国土上，年日照小时数大于2000h，年辐射量超过6#215;109J/m2，每年我国地表吸收的太阳能大约相当于17万亿吨标准煤的能量[5]。地球每年以 1.73#215;1011MW 的功率接受来自太阳的辐射，这相当于每秒 5#215;106t 标准煤燃烧产生的热量[6]。2015年巴黎气候大会上，中国提出将于2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%－65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右。因此在世界能源结构转换中，太阳能的利用开发存在巨大潜力，可以有效地缓解世界范围内的能源紧张和环境污染的问题。

1.2研究意义

太阳能聚光集热器通过使用聚光器来增加太阳辐射的功率密度，能更有效地利用太阳能，并对集热表面进行处理来降低热损失，使得在较高的集热温度下能得到较高的集热效率，从而大大提高太阳能利用效率。相对而言，太阳能热应用技术更为成熟，应用更为广泛，其效率最高可达80% [4]。

目前光热聚光器应用广泛，可以应用于制冷，采暖，纺织，印染，海水淡化等生产和生活领域，国内外对太阳能聚光器进行了多方面的研究[8]。聚光器集热性能受到其形状，材料，周围环境，跟踪控制器及整体集热器系统的布置安装等的影响。另外，太阳形状，开口采光面形状，抛物面焦距，抛物面边缘角，接收器的遮挡作用等都会影响聚光器集热性能及效率[9] [10]。为了使太阳能集热器更有效地吸收辐射，实现高效利用，聚光技术的研究及聚光器的开发具有重大意义[11]。

2.国内外研究现状

国内外对聚光器热力学性能计算及模拟方法在不断发展，数值模拟结果越来越精确。小型聚光器种类众多，其中复合抛物型聚光器，槽式聚光器，菲涅尔太阳能聚光器等应用较为广泛，是国内外聚光器主要的研究对象。

2.1国外研究现状

2.1.2.小型太阳能聚光器集热性能研究

国外对复合抛物面型聚光器进行了大量的理论研究和试验分析来研究其热力学性能，包括对不同形状的复合抛物面型集热器的焦点位置、焦平面光斑的宽度和亮度、接收器形状、尺寸的选择，反射器不同的边界角对接受的能量及成本投入的比较分析，复合抛物面型集热器不同材料的选择、朝向的影响等[11]。在对两种非跟踪式复合抛物面式聚光器进行研究时，利用光线追迹法模拟不同的接收角和倾角对集热性能的影响[12] [13]。