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地热能作为一种储量巨大并且环保稳定的新能源,近年来得到了广泛的发展。目前,浅层地热能制冷(供暖)技术已基本成熟,主要利用热泵技术向浅层土壤释放(获取)能量,进而实现建筑物的制冷或供暖。本文针对冬夏季两个热泵系统运行工况下沙基回填土中螺旋形地埋管的热力特性开展研究,分析雷诺数、运行方式以及膨润土和石墨添加物等对地埋管中水的流动换热特性的影响情况,探析沙/膨润土混合物导热系数随含湿量和膨润土添加比例的变化规律,并揭示膨润土对沙土热湿迁移特性的影响情况。使用探针法对不同样品的导热系数进行测量,结果表明沙/膨润土混合物的导热系数随着含湿量的增加先增大后减小且随着膨润土混合比例的增加而降低,添加5%和10%的石墨可将沙/5%膨润土混合物的平均导热系数提高了约9%和13%。在沙中添加5%膨润土可将沙土的持水性提高约14%。通过热湿迁移特性实验发现,添加5%的膨润土促进了沙土的热扩散特性。冬夏季工况下沙土和沙/膨润土混合物含湿量最终分布均存在峰值,在含湿量变化最大处,冬夏季工况下沙土中含湿量的变化比沙/5%膨润土混合物中的含湿量变化分别高2%和147%,说明夏季工况下膨润土对沙土湿分迁移的抑制作用比冬季工况下更显著。夏季工况下沙土和沙/5%膨润土混合物平均表观导温系数分别是1.6×10-6 m2 s-1和2.1×10-6 m2 s-1,混合物的表观导温系数比沙土约高31%。通过确定模型中沙土水力特性和导热系数随含湿量变化关系可以较为准确的预测沙土的热湿迁移特性,计算结果表明:热源温度越高,沙土湿分迁移量越大;初始含湿量越大,沙土湿分迁移范围越大。当热源作用时间为48 h,沙土湿分迁移范围比热源作用时间为6h时大174%,表明延长热源作用时间会造成湿分迁移域的扩大。基于地埋管热力特性实验,夏季工况下雷诺数为2000-4500时水的对流换热系数范围为225～610W m-2 K-1。在雷诺数为2000-4000时,冬季工况下水的平均对流换热系数比夏季工况的高11%。冬夏季工况下,传热准则关联式分别为Nu=0.109Re0 512和Nu=0.0004Re1.187。夏季工况下,当回填材料为沙/5%膨润土/5%石墨混合物时,综合评价因子比回填材料为沙土时高20%,表明回填材料的导热系数越高,地埋管的综合热力性能越好。冬季工况下,连续运行10小时,以及开停时间分别为1 h:4 h、2.5 h:2.5 h和4 h:1 h下仅在运行时间内的平均换热量分别为102、109、163和246 W,表明间歇性运行可以使土壤温度逐渐恢复,进而增强传热过程。本文的研究结果对地源热泵的研究具有一定的指导意义。