我国寒冷地区的矿井,新鲜空气进入井下前必须消耗大量能源对其进行加热,才能保证工作人员和机械设备的正常工作。而矿井回风中蕴含着大量低品位热能,利用热管换热器可以提取回风中的这部分热能,同时还可以用这部分热能直接预热新风。众多研究学者相当重视热管换热器的简单结构、较小消耗动力、高传热效率这些特点,把它作为一种高效的传热元件广泛应用在余热回收工程中。本文基于流体力学、传热学、工程热力学等学科理论知识,结合热管技术理论知识,参考并借鉴大量热管余热回收技术的应用实例后,设计了煤矿回风余热预热新风用低温热管换热器,提供进风井的井口防冻手段,可完全替代传统燃煤锅炉或热风炉。最终确定选用正三角形叉排排列的热管换热器,共需热管2700根,迎风面每排276根,风流方向共10排。为了更好地研究热管换热器的换热效果,采用三维实体造型CATIA软件构建热管的三维实体简化模型,运用ANSYSICEM CFD软件创建热管换热器物理模型,同时划分成四面体网格。根据流体的控制方程,利用FLUENT软件采用非耦合隐式算法,选用标准k-ε双方程湍流模型对换热器空气流场的换热效果进行模拟。对模拟结果分析得知,该低温热管换热器模型的结果设计较为合理,内部压力损失较低,根据第三章应用于阳煤一矿吴家掌风井的参数条件完全可以保证换热量,完成新风预热效果,满足风井送风要求。本文设计的换热装置于2017年10月在山西阳泉一煤吴家掌风井投入运行。根据工程现场运行状况设计试验测试方案,对热管换热器系统运行效果进行测试研究。测试结果表明:热管换热器换热性能良好,确定热管换热装置结构设计合理,完全能够满足热能回收利用的要求。