气候变化作为全人类共同面临的挑战,任何国家都不能袖手旁观,为此我国积极调整优化能源消费结构。煤矿是国家重点改革的工业对象之一,在节能减排方面仍有巨大提升空间。当前,矿井重要衍生热能——矿井回风低温余热资源受到业界认可,将其中余热高效回收可代替燃煤给新风预热、井筒防冻,将推动矿山清洁可持续能源供应体系形成,为我国实现“双碳”目标保驾护航。现如今,矿井回风余热回收技术愈发成熟,分离式热管换热技术除兼具传统换热技术优点外,还有远距离输送、灵活布置、无需额外配置其他机械设备、投资低等特点。通过对山西省某实际分离式热管换热系统进行工程测试,发现该工程存在实际运行效果与理论设计出入较大以及不合理的高度差和上升管管径造成土建成本增加等问题。针对上述问题,本文主要从理论分析和实验研究两方面探讨应用于矿井回风余热回收工程的分离式热管换热系统的传热特性及阻力特性并给出合理的结构参数和工况参数。由此开展了以下主要工作:一、总结了分离式热管的传热特性,并基于矿井回风热湿特征,以相似理论为指导,依据原型设计搭建了相似模型实验系统,主要包括结构设计、传热计算、阻力计算、工作安全性校核。确定实验工质为R22后,计划蒸发段满灌,即就蒸发段而言充液率为100%,以系统考量充液率为37%,总计132 Kg工质。二、对分离式热管换热系统进行了实验,分析高度差对系统传热特性影响,风量、上升管管径对系统传热特性及阻力特性影响。实验结果表明:在高度差≤3.845 m时,随着高度差增大换热量、效能增加,当高度差继续增大后,换热量、效能趋于稳定;高度差3.845 m较为合理。随风量的增加,蒸发段、冷凝段换热量均呈先增加后减小趋势;传热系数随风量的增加均呈上升态势;对比20 mm、25 mm、20+25 mm三组上升管管径,总体而言20+25 mm管径传热性能最优,25 mm管径次之,20 mm不占优势;确定风量才是影响换热器压降的主要因素;蒸发段风量140 m~3/min、冷凝段风量225 m~3/min,上升管管径20+25mm较为合理。三、对合理高度差和合理上升管管径工况实验数据进行整理,发现现有的传热、阻力经验公式不能准确描述矿井回风余热回收背景下的分离式热管换热器传热及阻力损失情况,遂提出了适用于该条件的传热、阻力特性实验关联式,并给出适用范围。综上,本文对分离式热管换热系统在其他矿井回风余热回收工程中的优化、设计、应用提供了参考依据。