太阳能热发电技术能有效地实现将太阳能转化为热能再到电能的过程,发展该技术有助于减缓人类对化石能源的依赖。吸热器是将太阳能转化为热能的关键部件,研究其传热特性是提升太阳能热发电系统总体效率的关键技术。关于吸热器研究,国内外学者取得了一系列阶段性进展与成果,但仍存在着需要深入探讨的问题以及有待填补的空白。本文设计了一款用于碟式聚光集热发电系统的高温腔体盘管吸热器,以实现其高效能量转化为目的,从独特的角度深入研究并优化其传热特性,提出了增强设备安全性、稳定性的设计思路,并最终总结出提升吸热器性能的方法与规律。研究初期,通过搜索前人研究成果,关注到圆柱腔体盘管吸热器的采光口直径、腔体内径和内腔深度等关键几何参数在盘管内有工质流通的条件下对其传热特性的影响尚未开展。因此,本文构建了一个在高温空气工质流经螺旋盘管的状态下,以吸热器的腔体直径、采光口直径和内腔深度为研究变量的传热特性机理模型。通过求解新构建的模型并分析其结果,发现了在满足设计要求的条件下可获得一组吸热器采光口直径、腔体内径与腔体深度的最优解,最优解时吸热器的热效率达到了71.41%。此后,通过构建该吸热器的光学模型并进行软件模拟,研究聚光焦点光斑位置与采光口间距、采光口直径对其光学效率的影响,以及探究腔体内各壁面热流密度的分布。结果显示,随着焦点光斑与采光口间距在0至0.30m的增加过程中,其光学效率呈现出先上升后下降的趋势;同时,取得光学效率的最大值时的间距随着吸热器口径的增加而增加。研究还利用FEM理论构建了吸热器的三维数值模型并用CFD理论求解。同时,形成了一套能排除盘管内工质与腔体内气体相互干扰的处理技术,有效消除了数值模型构造误差的影响。数值分析进一步探究关键参数对吸热器传热特性的影响,并且在与机理模型相近的数值范围内获得了一组吸热器结构参数的最优解,验证了机理模型的结果。最后,搭建了碟式聚光集热发电的实验系统,并依据机理模型与数值模拟的研究结果生产制造了吸热器样机,开展实验研究完成了吸热器样机的性能测试。实验测试了太阳直射辐照强度、入口温度、工质压力和入口流量等参数对吸热器传热特性的影响。实测得,吸热器样机的热效率变化趋势与数值模拟及机理模型的结果一致。实验研究达到了验证机理模型与数值模型的目的。