太阳能清洁可再生、分布广泛且可免费获得,是一种极具开发和应用前景的能源形式之一。太阳能集热器作为集中式太阳能发电(CSP)中的塔式中央集热器的关键组成部分,实现太阳能光—热转化。要想达到优秀的整体性能效率,集热器的结构设计至关重要。针对给定级联太阳能热利用系统的需求,本文运用数值分析与模拟仿真的研究方法,对于系统中太阳能空气集热器,尤其是线圈式腔体吸热器部件进行了数值分析与模拟仿真研究,为两种中高温工况下的太阳能空气集热器提供了结构设计方案。本文所选用的线圈式腔体吸热器由中空的前置挡板、螺旋环绕的线圈管道和密封的底座组成。通过模拟分析,本文对于太阳能空气集热器的光学特性分析,采用了辐射视角系数计算模型,并且模拟了太阳辐射进入集热器的情况并将模拟结果结合到吸热器的结构设计中去;通过自主编程中对线圈式腔体吸热器的建模及计算,分析了吸热器直径、长度、线圈数、线圈内径对吸热器(火用)效率和热效率的影响程度;给出了考虑周围对流热损时吸热器性能对比分析,研究表明对流热损对吸热器性能的影响大于10%;为两个给定系统提供了使吸热器效率最大化的结构设计方案,为吸热器增加前置挡板,同时考虑对流热损,两个系统的吸热器(火用)效率可达63.12%和58.95%,整体热效率为92.97%和93.53%,与未加置挡板时相比,(火用)效率提升19.30%,热效率提升18.54%,热性能较为优秀且贴合实际情况;本文还对比分析了对于同样结构的吸热器,对流热损与前置挡板对其性能的影响程度,再次论证了对流热损的不可忽略性与加置前挡板对减少辐射损失及对流热损的有效性。本文对于腔式太阳能空气集热器的研究与探讨,给出了影响其热性能的主要因素的定量分析,同时针对性地提出了改进方案并同样给出了具体的对比分析。这为今后太阳能空气集热器实验研究和太阳能热利用系统设计中参数的选取提供了非常可靠的参考标准。