太阳能空气集热器作为聚集太阳辐射能的关键设备,是太阳能光热转换过程不可或缺的一部分。由于空气的导热系数、密度和比热较小,作为太阳能空气集热器的传热介质,与集热底板之间的换热率较低。积聚的热量使集热底板温度升高,热损变大,限制了太阳能空气集热器的应用范围。为了进一步提高太阳能空气集热器的集热效率,国内外众多学者从多个角度提出了众多新颖的优化方式,其中,在集热腔内布置折流板就是其中一种典型的优化方式。本文在折流板均布型太阳能空气集热器的基础上,提出了“以窄化首腔为核心,重新布置折流板位置”的优化方法。运用数值模拟手段分析了5种窄化首腔模型的流动换热特性,揭示了窄化首腔方式强化集热性能的机理。结果表明,窄化首腔方式可显著提升集热效率,且对集热器阻力影响很小。同时对于特定尺度的折流板型太阳能空气集热器,存在一个最优首腔窄化宽度。在本文的计算范围内,最优首腔窄化宽度为200 mm,该模型相比折流板均布模型的集热效率增长率最大值为16.90%。后续建立以首腔宽度200 mm为基础,改变后四腔折流板布置方式的数值模型,计算结果表明,尾腔宽度增大会导致尾腔集热底板高温区域增大,热损增加;尾腔宽度变窄会导致集热腔内流动阻力增大,中间腔室热损增加。因此,改变后四腔布置方式并不能显著改善集热性能。根据数值模拟所得最优模型,按1:0.5的比例建立实验台,对数值模拟结果进行正确性验证。实验验证结果和数值模拟结果基本一致,验证了数值模拟结果的正确性。实验结果还证明首腔窄化方法在低速工况下优化效果更好,且对加热功率不敏感。因此窄化首腔方法具有稳定的优化效果,适合向不同应用领域、不同气候地区推广。本文提出的方法为折流板型太阳能空气集热器热性能优化提供了一种新思路。