土壤源热泵是一种节能、环保、高效利用可再生资源的“绿色”空调新技术,在我国建筑空调系统中发挥着越来越重要的作用。垂直U型管换热器由于其占地面积少、可用范围广、恒温效果好、换热效率高、维护费用低等优势,目前已成为应用最广泛的一种埋管方式。垂直U型管换热器主要分为两种:单U型管换热器和双U型管换热器。目前,对于单U型管换热器的研究较多,大多数的土壤源热泵采用的都是单U型管换热器。近年来,双U型管换热器以其钻井利用率高和换热性能好等优点开始被广泛应用。本文首先针对热渗耦合作用下的单U型管换热器,建立了换热器周围热渗耦合土壤及管内流体的物理数学模型。将土壤考虑为均匀的、各向同性的多孔介质,地下水为三维渗流,土壤沿深度方向分层,考虑其热物性沿深度方向变化。采用Fluent软件对埋深50m埋管换热器夏季连续运行20天后的土壤温度场进行数值模拟。本文的创新之处在于:①考虑了土壤沿深度方向的热物性变化,使模型更接近实际情况;②将地下水的渗流视为三维渗流,考虑土壤沿深度方向的传热。这与以前的研究者将土壤视为单一的土壤类型,以及只考虑土壤的二维渗流,忽略土壤沿深度方向传热的数学模型相比都有了改进。本文研究了不同回填材料、入口温度及入口流速对土壤温度场及埋地换热器换热性能的影响。针对不同运行参数下的换热进行模拟。研究结果对土壤源热泵运行参数的经济性选择具有一定的参考价值。本文采用同样的方法建立了双U型管换热器的三维非稳态传热模型,研究不同回填材料、入口温度及入口流速对土壤温度场及埋地换热器换热性能的影响。并从换热器出口水温,换热器换热率等方面比较了双U型管换热器与单U型管换热器运行特性的不同。结果表明,双管换热器的性能要优于单管换热器,可以提高钻井的利用率。