近年来,地源热泵系统作为绿色高效的地热能源开发利用主要方式正在快速发展,由于建筑冷热负荷不均衡度超出地埋管周围土壤自身热湿恢复能力,导致土壤热失衡问题日益凸出,除了从地源热泵系统结构形式、运行策略等外界干预手段对地埋管周围土壤进行强制热湿恢复以外,地埋管周围土壤作为随机分布多孔介质,其内部热质流输运特性也应重点关注,主要在于作为热源\汇的地埋管周围土壤在不同温湿度梯度驱动下的吸\放热过程热湿迁移差异,以及对于存在地下水渗流的地埋管布置区,上\下游土壤温度随时间空间的分布特征、土壤热扰动半径的发展规律等。本文旨在探索土壤热湿迁移方向性对吸\放热过程热量传递与湿分迁移的影响规律,以及地下水渗流工况下的土壤热量传递特性,为地源热泵系统长期高效运行,以及地下水渗流区地埋管群的优化布置提供指导,为浅层地热能源的开发利用提供参考。基于土壤热湿迁移机理分析,由于土壤内部结构的复杂随机性,使得受土壤内部结构影响的吸\放热过程热湿迁移难以进行准确数学描述,因此,本文采用实验研究方法来观察与探讨非渗流区土壤吸\放热过程的复杂热湿迁移规律,而对于饱和渗流区土壤,由于其内部孔隙均由液态水填充,且不存在微观湿分迁移和相变过程,采用数值模拟手段来分析饱和渗流区土壤热量传递特性。搭建土壤热湿迁移研究实验台,开展换热管周围土壤在非渗流工况下的吸\放热过程热湿迁移特性实验研究。首先对于规则结构土壤,研究其在温湿度梯度驱动下的吸\放热过程温度随时间空间分布特征及热湿迁移特性,探索吸\放热过程热湿迁移方向性对热量传递与湿分迁移的实际影响,分析温湿度驱动势等外部因素对土壤热湿迁移的影响规律,并通过实验数据的回归分析,建立适用于预测规则结构土壤吸\放热过程温度分布的经验公式。研究表明:对于规则结构土壤,其吸\放热过程温度变化呈对称分布,可忽略热湿迁移方向性对热量传递的影响;土壤温度变化与作用的过余温度呈线性关系,与初始含湿率无明显相关性,与传热时间、径向距离、纵向距离均呈良好的对数关系,并且径向土壤温度扰动远大于纵向土壤温度扰动;受土壤固有结构特征影响,湿分迁移随过余温度、初始含湿率的增加仅呈非线性上升趋势,且土壤湿分迁移现象的发生由过余温度与初始含湿率共同决定。其次对非规则结构土壤开展吸\放热过程热湿迁移特性实验研究,重点关注土壤孔隙率等主要结构参数对吸\放热过程热湿迁移的影响规律,探索非规则结构土壤热湿迁移方向性所导致的吸\放热过程温度分布差异及其所基于的温湿度条件。研究表明:非规则结构土壤温度变化同样随过余温度呈线性上升趋势,与初始含湿率无明显相关性,湿分迁移随过余温度与初始含湿率呈非线性上升趋势,但在较高温度梯度驱动下的热湿迁移方向性对热量传递有明显影响,吸\放热过程温度分布偏差与湿分迁移差异均随孔隙率的升高而增加,最大温度分布偏差达到了15.7%,最大湿分迁移差异达到了31.7%,且土壤吸热过程温度变化与湿分迁移均大于放热过程;土壤湿分迁移随孔隙率的增加而增加,并且孔隙率参数对吸热过程湿分迁移的影响要大于放热过程,吸\放热过程湿分迁移对土壤结构特征的敏感度不同;初始含湿率是决定土壤吸\放热过程是否出现明显温度分布偏差的另一影响因素,孔隙率越高的土壤表现出吸\放热过程温度分布明显差异时对应的初始含湿率越低。最后,对于饱和渗流区土壤,基于饱和多孔介质热量传递与流体流动控制方程,构建三维有限元流固耦合传热数值模型,分析土壤渗透系数、过余温度等因素对渗流区上\下游土壤温度分布特征的影响,探讨上\下游渗流方向及垂直于渗流方向上土壤热扰动半径的发展规律,拟合分析土壤温度变化及热扰动半径与各主要影响因素之间的量化关系。研究表明:土壤水渗流可以加快土壤温度分布趋于稳定,土壤渗透系数是决定渗流速度大小的主要因素,决定了温度等值线沿渗流方向延伸的分布形态,但不能改变土壤温度变化值,过余温度是土壤温度变化的决定因素,且渗流工况下的土壤温度变化与作用的过余温度也呈线性关系;上\下游土壤在较高渗流速度下会出现温度最大峰值,峰值大小随过余温度的增加而增加,其出现时间随过余温度或距换热管壁距离的增加而滞后;下游热作用半径与水头驱动势呈线性关系,与过余温度呈对数关系,垂直于渗流方向的热作用半径与过余温度呈对数关系,但几乎不随水头驱动势发生明显变化;上游热作用半径在无渗流工况下与过余温度呈对数关系,而在渗流工况下随水头驱动势的增加呈先下降而后趋于平缓的趋势,但几乎不随过余温度变化,降低土壤渗透系数后,上游热作用半径在渗流工况下与水头驱动势、过余温度均呈二阶非线性函数关系。