森林资源对经济社会发展以及生态环境改善具有重要意义,利用传感器对森林环境进行实时监测十分必要。森林中传感器的供电问题是影响监测技术应用进一步发展的重要制约因素。利用森林土壤与空气环境之间的温差进行热电能量转换,可以实现对传感器的原位供电。本文以传热学理论为依据,结合实验对两相闭式热虹吸管传热规律进行了研究,并建立了温差发电系统的热传递模型。(1)通过传热学热阻理论,建立了热虹吸管的热阻模型。分析了工作介质相变传热的特点,提出面积热阻理论,建立了工作倾角对热虹吸管传热性能影响的模型。定义实际加热面积,并根据充液率、加热长度比和工作倾角三个参数分12种情况推导出了实际加热面积计算式。根据总热阻相等原则定义了等效导热系数,建立了热虹吸管传热性能评价模型。(2)设计热虹吸管实验测试系统,搭建可满足热虹吸管传热性能测试的装置。对以乙醇为工作介质的铜制两相闭式热虹吸管进行了相关实验,测试了工作倾角为15°、30°、45°、60°、75°和90°,传热速率为20W、30W、40W、50W和60W,共30种工作状态的传热性能,测定了热虹吸管面积热阻理论中的相关参数。实验结果表明,工作倾角对热虹吸管传热热阻影响的主要原因是热虹吸管的倾斜过程改变了蒸发段的实际加热面积。对长度为220mm、320mm和500mm的竖直工作状态的三种铜制热虹吸管进行了实验研究,加热功率为20W、30W、40W、50W和60W,测定了等效导热系数值。实验结果表明,传热性能评价模型可以有效地评价两相闭式热虹吸管的传热性能,也可以用作不同尺寸的两相闭式热虹吸管之间传热性能的对比。(3)森林土壤温差发电系统的热传递过程,包含土壤传热、固体间翅片传热、热虹吸管以及与空气环境之间的换热。研究了温差发电系统各个部分的传热过程,发现土壤与吸热翅片之间传热过程中的温度分布具有特殊的对称性,且分布周期数与翅片数目相等。利用形状因子法求解铜套与散热翅片之间的传热过程,得到了两等温面之间的热阻值。建立了温差发电系统的传热模型,并给出了模型中相关参数的影响机理以及实验测定方法。本文建立了热虹吸管传热的理论模型,得到了工作倾角、传热速率等因素对传热性能影响的方程,可以为相关领域的应用提供理论基础。设计包含完整部件的热虹吸管传热测试系统,可以通过改变尺寸满足测试要求,达到实验目的。优化森林土壤温差发电系统的传热性能可以提高热电转换效率,也可以为相关形式的热传递规律研究提供理论依据。