地热能作为一种储量巨大的可再生能源,当前,通过地源热泵提取是其主要利用手段,而地源热泵提取效率的提高关键在于地埋管换热器设计的完善。因此,地埋管换热器与周围土壤的换热性能成了主要的研究对象。在当前的研究中,地埋管换热器模型大多依据纯导热理论建立,有的考虑了渗流作用对导热的影响,有的考虑了土壤分层作用对导热的影响等因素。而在实际情况中,竖直地埋管换热器大多是同时跨越饱和土壤和非饱和土壤,前者是热渗耦合传热,后者是热湿耦合传热,这两种传热方式差异较大,如不加以区分考虑,会对地埋管换热器的设计有较大的影响,增加其初期投资。但在已有研究中,没有关于此类问题的研究。因此,分析该情况下竖直地埋管换热器的传热特性和建立同时跨越非越饱和/饱和土壤的传热模型对地埋管换热器的传热评估是十分必要的。本文以实验研究为主,理论分析为辅。首先搭建了实验台,并运行了 18个不同工况,在运行过程中,监测了土壤的温度参数和湿度参数以及工质的温度参数。借助实验数据,分析了跨越非饱和/饱和层状土壤条件下,饱和土壤层中无渗流或有渗流时土壤温湿度的变化特性以及U型地埋管换热器换热效率的影响因素。本文研究得到的主要结论有:一、当饱和土壤层中无渗流时,热量在U型管四周的土壤中均匀扩散,而当饱和土壤层中有渗流作用时,渗流作用对有渗流土壤层的渗流方向的热传导加强强度超过6.5%,对相邻无渗流层的径向传热影响较小;二、渗流作用对渗流层内的地埋管管段的换热能力有加强作用,且加强强度先逐渐变小后趋于稳定,对相邻非饱和土壤层内的地埋管管段的换热能力先抑制后加强;三、U型地埋管随着运行时间的增长,其整体换热能力逐渐下降,但各管段的换热能力并不都逐渐下降,相邻非饱和土壤层内的管段换热能力呈现先增强后平稳再下降的变化状态等结论。此外,本文建立了非饱和土壤层内的热湿耦合传热模型、饱和土壤层内的热渗耦合传热模型和地埋管内的传热模型;对所搭建的实验工况行了仿真研究,运用实验工况中所监测的数据与导入数学模型仿真计算的结果在温度变化和湿度变化两个方面进行了对比验证,最后得到所建的数学模型具有较好的可靠性。