1.1 课题背景及意义

近年来，能源与环境问题备受关注 ^[1] 。合理、高效的利用现存的能源对一个国家的发展起着非常重要的作用^[2] 。随着现在工程的需要，换热技术在各个领域中都占有举足轻重地位，已经成为世界上能源研究的重要课题。换热效率直接关系到设备的尺寸大小，初投资，运行效率和节能性等重要指标。因此研究怎么样最大限度的提高换热元件的传热效率具有重大意义。

1.2 热管换热器简介

热管换热器由数十根到数百根热管组成，热量从高温流体通过热管内工作介质蒸发和冷凝的相变过程传递到低温流体，热管内部饱和蒸汽温度是确定传热过程的独立变量之一^[3]。热管换热器两个流体腔体内，每一根热管传热特性由于受到外部流动特性的影响，其传热特性各不相同，同时热管传热特性也对外部传热性能造成影响。发生在热管壁面上的能量传递过程是一个耦合过程。热管换热器与其它节能设备如空调器和热泵比较有如下的特点：

(1)余热资源种类广泛，如地热、江河、湖泊的低品级热量，各种热力设备的排烟、排水、排气、排渣等的余热均可直接吸收。

(2)余热资源的能量品级广泛，从地热的10℃左右到工业余热950℃的煤气余热都可以回收。

(3)热管换热器在传递和转换热量的过程中不需要消耗任何能量，包括电能和其它形式的能量，也不存储能量，只是高效率的传递和转移能量^[4]。

1.3 热管技术的发展

热管（Heat Pipe）是在 20 世纪中期一种快速发展起来的传热元件，具有很高的传热性能。在众多的传热设备中是最有效的传热元件之一，可以在不添加任何外加的动力的情况下将大量的热通过很小的截面积远距离传输^[5]。

随着科学的飞速发展，人类对换热技术的要求越来越高，热管作为传热效率极高的元件，也得到了快速发展^[6-10]。其发展共经历了以下几个阶段^[10,11]：第一阶段为 19世纪中期到 20世纪初的简单的两相热虹吸管时期，这一阶段由于技术原因不能除去管内空气，所以传热性能较差。第二阶段为 20 世纪 40~70 年代，在这期间提出了热管的概念及工作理，同时两相闭式热虹吸管又被称为重力热管，利用热管极高的传热性能，其应用范围也更加广泛，被成功的应用到一些高科技产品的散热系统中，例如：飞机、火箭、空间卫星等，此后针对热管传热的研究被广泛开展。第三阶段为 20 世纪 70 年代后，热管的应用范围更是遍布各个领域，特别是在节能和新能源开发利用方面的受到了越来越多的重视，用热管换热器回收工业余热及空调低温余热，以达到节能目的，在这方面美国和日本所取得的成果最为显著。