矿井回风是一种优质的可再利用能源,尤其是在不可再生能源消耗与环境矛盾不断加剧的今天,对于高效回收矿井余热的研究方法也越来越多。重力式低温热管换热器系统在技术上可以实现对这种优质低温热源的利用,本文主要从实验和模拟两个方面对山西某煤矿采用的重力式低温热管换热系统进行了研究。首先本文对热管换热器传热基础理论进行了简单介绍,介绍了本系统传热的基本方式,对系统结构进行了分析计算,在已有的理论基础上归纳总结了适用于系统传热和阻力计算方法及数值模拟理论基础。其次,对该系统进行了经济性分析,并结合工程实例,对系统进行了实验测试。对系统换热量、通风量以及凝结水量等进行了计算,反应了系统运行的真实情况。通过计算发现系统可以独立完成新风预热,但系统回风侧总换热量中潜热量占比达40%,随着系统风量的增大和进出口温差的增加,凝结水量也不断增加。本文也提出了在管壁覆盖一层疏水材料来减少附着在管壁的凝结水对热管换热的影响。随后,由于实验测试条件的限制,本文主要采用了模拟的方法对系统的传热和阻力性能进行了研究,基于该热管换热系统换热流场的对称性对实际系统进行了简化,并用实验数据验证对模型进行了验证,验证误差在25%左右,大致可以反映实际系统的传热和阻力特性。探究了不同流速下热管换热器传热及阻力的变化规律,模拟结果表明热管换热器的换热量随流体流速的增加而增加,但增加速度越来越慢;热管换热器新、回风侧的阻力随风速的增加而增加,而且增加速度越来越快。为了能够达到增强热管换热器换热效果的目的,要适当地增加风速,但是风速不宜过大,因为风量的增大也会导致换热器压力损失的增加,压力损失过大时会降低换热器综合性能。最后,本文对不同工况下模拟的运行数据进行整理,通过线性回归的方法拟合出了适用于该余热回收系统的传热和阻力准则方程式。综上所述,本文采用理论、实测及数值模拟等研究方法相结合,对应用于矿井回风余热回收的热管换热系统进行了深入的研究,相关的研究思路和研究结果对于其他工程的研究方法具有一定的指导意义。