矿井回风蕴含着丰富的低温余热资源,可通过多种方式进行高效环保的回收利用,用于预热矿井新风,保证井下作业安全进行。本文主要研究应用于矿井回风余热回收的重力式低温热管换热系统的传热性能分析。结合理论、实验与模拟,从热管管排布置、温度和风速方面,对热管换热系统的传热性能进行优化研究。对实际工程中的热管系统进行经济性分析与实际运行测试。结果表明,热管换热系统在经济、节能和环保效益方面有很大优势。测试期间,新风出口温度均满足矿井通风温度要求,能实现井口防冻。回风的潜热约占全热的42%。热管系统效能为0.54,换热效果良好。且温度和风速对热管换热有较大影响。为便于检修和清洁热管,系统中需布置检修道。由于实际工程与实测条件的局限性,本文采用Fluent软件对热管换热器进行数值模拟研究。为了更贴近工程实际和更准确反映热管换热情况,借助UDF程序模拟相变潜热。通过模拟结果数据与实测数据对比,验证模型可用来研究热管系统的换热规律。通过模型模拟分析,从设有检修道的管排布置、新风进口温度和风速方面,研究对系统传热性能的影响。结果表明,从管排布置方面考虑,4/4/4管排布置方式为最优管排方式,其换热最好,换热量最大,预热新风效果最好,效能最高,3/6/3方式次之,6/6方式最差。从新风入口温度方面考虑,随着新风入口温度越低,换热量越大,但新风出口温度越低,易出现不满足新风预热的温度要求。从风速方面考虑,随着风速越高,换热量越大,但增大的幅度逐渐减小,新风温升越小,越不利于新风预热,效能越低,且压降越大。综合考虑新风进口温度为-20℃、-15℃、-10℃时,3.5m/s风速的工况最优。为了高效利用余热资源和降低初投资,根据气象温度区间占比来考虑设计最低新风入口温度,在极小部分严寒天气可适当开启电辅助加热模块或调整风速,使新风出口温度满足通风要求。