受能源结构的调整和环境污染的制约,地热能等新能源成为国家能源发展战略,地热能作为可再生能源有着极大的开发潜力,其储量丰富、能源品位高、清洁环保。据此,本文以地热能高效开发利用为目标,探索地下岩土的流动-传热过程,分析多孔介质渗流场中的流动-传热现象,针对同心管换热器为主要构件的中深层地热能采热系统研究其换热效率和传热特性。首先,对研究依托项目的中深层地热井做勘察研究,根据钻井录井岩屑获得地层资料,进而得到岩土的热物性基本参数,之后对热储的分布、特征和产量进行描述,提出用热储层加权体积比热容真实反映热储的热容量,根据岩土骨架模型提出了当量导热系数、当量热扩散系数,给出各类岩土的岩石热导率、比热容和热扩散率等热物性参数,其次,介绍了地下水的分布和空隙特性,最后介绍了项目背景的地热井结构、钻井成井工艺及其几何尺寸。其次,介绍同心管换热器和中深层地热能采热系统,对中深层地热资源采热系统开展试验研究,得到热储的温度场和温度梯度,2000米处时地温能达到80.7℃,平均地温梯度大于3.5℃/hm,通过换热试验了解到热储的采热潜力和热恢复能力,试验中换热试验功率可达到280kW,热恢复速率约为0.724℃/h。最后,对同心管换热器及其所在围岩地层的传热过程进行分析,对传热过程做适当假设,之后建立了同心管换热器及其围岩地层的二阶抛物型偏微分传热模型,使用有限差分法对模型进行数值计算,通过分析比较时间空间计算域不同离散结果下的模型计算结果,平均误差仅为1.843℃,发现建立的数学物理模型精度较高。