随着热管技术的不断成熟与发展，由于其优良的热超导性和形状适应性，已被广泛应用于航空航天、电子、核能、能源回收利用、民用生活等各个领域。在中国以至于世界范围，由于没有有效的技术手段，大量的低品位热能得不到合理利用而浪费，低品位热能回收利用是解决能源危机的有效手段之一。为此，本文开发了一种高效传热元件-同心套管热管排，该装置采用多蒸发段共用一个水平套管冷凝器的独特结构，既能强化冷凝传热，又能增加冷凝传热面积。利用热管排传热元件，可以任意集装管排式余热回收装置，通过实验研究确定不同工况下余热回收装置的传热性能。首先介绍了热管的基本原理和基本理论，并详细论述了常规热管的传热机理，对热管的各个传热极限以及影响其传热极限的因素进行了分析，其中着重分析了热虹吸管的传热性能以及传热极限。其次介绍了同心套管热虹吸管排的测试实验方案，并搭建了对热管排进行性能测试的实验平台。在重力热管的理论基础上，对所设计的同心套管热虹吸管排的等温性能、管壁表面温度波动性能及工作温度和倾斜角度对传热性能的影响进行了大量的实验研究。结果表明在实验范围内，热管排的最大传热量随操作温度的升高、蒸发段长度的增加和冷凝面积的增大均成递增趋势，并随倾斜角度的增加呈现先升高后降低的规律。最终确定了本实验所设计的热管排在倾角为50°～70°、蒸发段长度为270mm、充液率为15%的参数下传热性能最好。最后，本文结合实验数据对热管排的传热机理分析发现，热虹吸管排在工作过程中出现了单根热管干涸的自我修复功能，在加热功率增大到一定程度时，热管排单侧某一根的蒸发段温度出现急剧升高的现象，随之又降为接近其他管排的温度，直至全部烧干。本研究在优化同心套管排传热性能、稳定热管排工作状态的同时还为进一步研究重力热管的余热回收装置的传热性能提供了实验基础。