煤自燃的发生严重威胁着自然环境、人类生存安全以及经济发展,被称为全球性的灾难。重力热管内部工质的两相流动可提取煤自燃产生的热量,降低煤堆温度,从而实现煤自燃的“绿色”治理。本文借助标准正交表设计关于工质种类（Al2O3-H2O纳米流体,CuO-H2O纳米流体及TiO2-H2O纳米流体）,充液率（15%,25%,35%）,长径比（16,11,8.5）的9根重力热管,探究重力热管应用于不同煤堆温度（70,140,210℃）时煤堆温度场的变化规律及冷凝段温度分布情况;计算不同工况下重力热管的提热性能指标参数（降温幅度,降温率,有效影响半径,提热量）。结合层次分析法（AHP法）、熵权法以及逼近理想排序法（TOPSIS法）综合评价9根重力热管作用于不同工作温度时的提热性能,并使用极差法对实验结果进行分析,优选煤自燃不同温度阶段时重力热管最佳参数组合。最后基于VOF（volume of fluid）模型建立重力热管内部多相流过程,预测9根重力热管在高温下（350℃）的提热性能,借助极差分析对重力热管进行优化,为重力热管应用于煤自燃热能提取方面的研究以及现场应用提供理论基础。主要研究结果如下:重力热管可有效降低煤堆温度,控制煤堆高温区域扩散,煤堆温度越高,降温效果越明显;其降温过程可分为大幅下降阶段以及平缓下降阶段,工作温度越高大幅下降阶段所占时间越长。此外,重力热管冷凝段测点温度随着工作时间的增加呈现出先急剧上升后缓慢下降并趋于平缓的变化趋势,冷凝段趋近于蒸发段的区域提热性高、稳定性好。另外,煤堆内测点的降温幅度和降温率与测点和重力热管之间的距离呈负相关。重力热管的提热量与工作温度呈正相关,而重力热管的有效影响半径随煤堆温度的增加并无规律性的变化。使用AHP法与熵权法确定表征重力热管提热性能的指标参数权重,结合TOPSIS法对正交实验结果进行综合评价,借助极差法对综合评价进行分析获得:在煤堆温度为70℃时,实验最佳与综合优化所得重力热管皆为1#重力热管;煤堆温度为140℃时,实验最佳与综合优化所得重力热管都为5#重力热管;当煤堆温度升至210℃时,实验最佳重力热管为3#,而综合优化所得最佳参数组合:工质种类为Al2O3-H2O纳米流体,充液率为1 5%,长径比为8.5。使用FLUENT数值模拟软件建立VOF模型,对工作温度为210℃时综合优化所得重力热管最佳参数组合进行数值模拟,对比发现综合优化所得重力热管等效对流换热系数较实验最佳提升了12.94%。另外,预测及优化工作温度为350℃的重力热管,获得各因素对重力热管提热性能的影响重要程度依次为:长径比>工质种类>充液率,最佳参数组合:工质种类为Al2O3-H2O纳米流体,充液率为25%,长径比为8.5。