随着浅层地埋管换热器、井下换热器的普和规模化应用,垂直地下埋管表面污染物、管内或井内工质随机泄露等对地下水系的潜在污染风险增加。本文以地源热泵地埋管外污染物在地下多孔介质中的运移扩散问题为研究背景,实验研究了周期性温度条件下垂直埋管外污染物在多孔介质中的运移规律,并建立了基于表征体积单元(REV)尺度的圆柱坐标系轴对称结构的格子玻尔兹曼(LBM)模型对实验进行模拟,对比分析运移规律。目前的研究有关地下埋管换热器表面残留污染物对地下水污染问题的研究报道较少,地埋管周期性温度变化边界条件对污染物质迁移影响的研究更未见报道。本文建立了实验室条件下以氯化钠溶液为污染物、饱和砂石模拟的饱和多孔介质含水层的实验系统,以24小时周期模拟了实际一年中垂直埋管温度周期性变化条件下,管外污染物的运移规律,按照泄露时间点和温度梯度不同进行了多组组合实验,并建立了基于REV尺度的圆柱坐标系轴对称结构的LBM模型对实验进行模拟分析,得出以下主要结论:(1)当温度梯度方向为从套管处沿径向外时,即多孔介质中存在正向温度梯度,污染物扩散速度加快,扩散范围增大,近套管处有向上的自然对流产生,且温度梯度越大向上的趋势越明显,自然对流带动污染物向上运移;(2)当温度梯度方向沿径向向内时,多孔介质中存在负向温度梯度时,污染物扩散速度稳定或减慢,自然对流减弱,当污染物浓度较低时,在密度和梯度的共同作用下,污染物向下运移;当污染物浓度较高时,其运移不明显;(3)当多孔介质处于有限空间环境时,向下运移的污染物到达容器底部后存在触底反弹的现象,向上的自然对流能够减缓这种现象;(4)以一年为周期,污染物泄露从冬季开始比泄露从夏季开始扩散更快。本文建立的算法模拟出的结果与实验结果相一致,算法可用于更复杂的条件模拟,对工程实际应用有参考意义。