低温冰箱在生物医学材料和食品保存中占据越来越重要的地位,但是传统的冷量传递方式存在效率低、运行不稳定等缺点,而重力热管具有结构简单、传热性能优良和成本低廉等优点,所以可以采用传热高效的重力热管作为冷量传输手段。然而低温重力热管的研究大多集中在深冷温区,与冷链领域密切相关的温区(213~273K)的研究却非常稀少,限制了其在冷链领域的应用推广。本文首先详细地综述了重力热管的研究现状,然后在冷链温区针对重力热管开展了较为系统的研究,主要研究内容如下:(1)改进了气液相变模型,在蒸发频率一定的情况下冷凝频率能够自动调整,保证了传热传质的守恒。当蒸发频率的经验取值较大导致冷凝频率过大发散时,可以调整气相导热系数k_v确保模型的收敛,通过与文献中实验数据的对比验证了改进模型的可靠性。(2)研制了以二氧化碳为工质的重力热管,热管的蒸发段为环状矩形,冷凝段制成冷腔与制冷机的冷头连接,借助改进的气液相变模型进行了数值模拟从而预测了该重力热管在特定工况下的传热性能,发现热管的设计基本符合要求,同时分析了热管内部流体的流动传热特性。(3)搭建了二氧化碳重力热管传热性能测试实验台,通过实验研究了倾角和加热功率对热管传热性能的影响以及冷机输入功率对热管传热效率的影响。实验结果表明,整个热管表面的等温性优良,符合热管设计的基本要求;实验的热管存在最佳倾角20°使得传热性能最佳,但是总体而言倾角对其影响较小;加热功率对该热管的壁温分布影响不大,但是对传热能力存在一定影响。随着加热功率不断升高,热管传热能力也不断增强,但是达到一定值后,热管传热能力开始下降;当工作温度较高时,冷机输入功率的增加会降低热管传热效率,而当工作温度较低时,冷机输入功率的增加则会提高热管传热效率。