热管又称“超导热体”,是一种依靠其内部工质相变过程进行热量传递、通过气液相密度差完成循环的换热装置。相对于同等尺寸的固体金属导热体,甚至于热的良导体材料(例如铜、银)的传热效率要高数倍至近千倍不等。热管技术自1944年问世之后,经过几十年的发展逐渐从空间领域的应用推广到民用与工业领域。从乘用车的温控,电子装置芯片冷却,电路控制板的冷却等轻工业的温度控制,到石油化工、动力、冶金、等重工领域生产过程中高效传热传质设备的开发,都有热管设备的应用。由于碳钢和水这两种材料的价格低廉、容易获得且制备无污染,而重力式热管结构简单制造方便,所以碳钢-水重力式热管对于工业生产大规模热量交换与控制过程来说是一种十分理想的换热元件。热管换热器在设计制造过程中,除了追求最佳的传热性能,设备运行的稳定性也十分重要。由于工业过程大多数的中温场合,对于碳钢水热管来说已经属于高温应用,为了保证热管在此类工作区间使用的高效率、安全性和长寿命,针对碳钢-水重力式热管高温工作时传热性能与稳定性的研究,对于碳钢-水热管的推广应用来说至关重要。本文为了研究碳钢-水重力式热管在120℃～180℃工作温度范围内的传热特性和稳定性,首先建立了碳钢-水重力式热管的稳态数学模型,计算了常温风冷条件下,碳钢-水重力式热管在传输500W时的情况,了解了其工作过程中的内部状况。之后,搭建了实验平台,对上述冷却条件下,尺寸为1m×Φ27mm,壁厚3mm的单根碳钢-水重力式热管进行了实验,研究了在六种不同的充注率下,倾斜角度在0°～45°之间,传输300W至600W功率的碳钢-水重力式热管稳定工作时的状况。通过测量该热管稳定工作状况下外壁与管内蒸汽的温度分布和压力,不仅研究了在上述工作温度区间内碳钢-水重力式热管传热性能随传输功率、倾斜角以及充注率变化的规律,还研究了其稳定性与压力受上述因素影响变化的规律。最后,通过非稳态模型的建立,模拟了携带现象发生的动态过程,给出了该工作温度区间下,发生携带振荡现象的临界热流密度所存在的区间。