平板太阳能集热器具有在中低温条件下效率较高,运行可靠,价格划算,且易与建筑结合等优势,在未来的太阳能热利用中有着广阔的发展空间。同时,与太阳能热水器相比,太阳能空气集热器来源广泛,成本低廉,加热工质不需要能量的二次转化,可在冬季等寒冷条件下使用,不存在结垢、腐蚀、泄露、冻裂等问题,运行可靠,在建筑采暖、生物质干燥、海水淡化、食品加工、污水处理等领域都有广泛的应用。本文结合波纹板结构高效集热的优点和真空隔热的效果,设计了一种可在寒冷条件下使用的高效率太阳能平板集热器,分析了其主要传热过程,提供了各部分传热系数的计算方法,并对集热器的热损系数、流动阻力损失进行理论计算,以分析结构优势。设计并搭建高效太阳能空气集热器实验平台,对集热器的出口温升、集热效率、不同入口质量流量对集热器热性能的影响等进行了实验研究。基于合理假设和简化,建立了新型高效太阳能平板集热器数值模拟模型,使用Fluent软件对集热器内部流场、温度场进行数值模拟,研究和分析了不同进口质量流量、不同进口温度、不同季节、不同吸热板波形对平板太阳能集热器的影响,并进一步对集热器串联系统进行了模拟研究。结果表明:(1)非真空时,顶部的热损系数是真空压力为0.05Pa时的17.6倍;本设计的流动阻力损失很小,一个集热单元仅为38.02Pa。(2)当空气流量为75m3/h,环境温度在23℃～28℃之间震荡时,集热器单元可将空气温度升高16.21℃。在实验过程中,集热器的最大瞬时效率可达91%。(3)随着空气入口体积流量的增加,空气流速增加,波纹板对其扰动明显增强,集热腔内流动分布更加均匀,温升梯度距离增大,集热器的出口温度和吸热板表面温度不断降低,集热效率升高,当流量大于75m3/h时,出口温度趋于平缓。(4)随着空气入口温度的增加,集热器吸热板、流道内空气的温度迅速升高,升温均匀且温度梯度较为明显。当入口温度由-20℃变化到30℃,出口温升和集热器热效率均呈现出一种先增大,从0℃开始不断减小的趋势。(5)夏季出口温升最大,当入口体积流量为12m3/h时,出口温升均超过40℃,6月份温升到达峰值,正弦波平板集热器为45.83℃,V形波平板集热器为45.03℃;春秋两季结果相似,在25℃～40℃之间;冬季出口温升最小,12月份时正弦波平板集热器为24.92℃,V形波平板集热器为24.63℃。(6)正弦波平板集热器集热性能优于V形波集热器,优于普通平板形集热器。当入口体积流量为75m3/h,太阳平均辐照度为825.53W/m2,入口温度为293K,三种集热器瞬时集热效率均值分别为87.81%,86.68%和81.45%。(7)在空气流量为12m3/h的条件下,一个集热器单元可将空气温度升高45.83℃,两级串联系统第二级出口温升为43.27℃,三级串联系统第三极出口温升为39.6℃。