为解决国内大城市人口增加所带来的交通拥堵现象,地铁因其独特的优势而大力发展,然而地铁改善交通的同时,也带来了巨大问题,即经过长期运行后,地铁隧道热环境逐步恶化,出现热堆积现象。因而分析地铁隧道热堆积成因,掌握影响隧道热环境的因素,采取有效的降温措施,缓解隧道热堆积至关重要。本文将毛细管换热器嵌入地铁隧道围岩内,构成地铁毛细管热泵温降系统,通过研究毛细管换热器、围岩与隧道内空气间的传热机理,建立地铁毛细管热泵热环境预测模型,预测隧道围岩温度场演化规律,对地铁隧道热环境治理具有重要的现实意义。本文课题研究的主要内容有以下方面:首先分析地铁毛细管热泵热环境传热特性,考虑第三类非齐次边界条件和毛细管换热器换热作用,建立地铁毛细管热泵传热理论模型;其次通过合理简化传热影响因素,将温度场简化为边界条件项、初始条件项和内热源项,利用格林函数、拉普拉斯函数、贝塞尔函数得到恒空气温度的解析解,根据变空气温度理论,得到隧道温度随时间变化的毛细管热泵传热模型的解析解;再次通过在地铁隧道开展地铁毛细管热泵系统的现场实验,得到了不同工况下的出口温度与运行时间的变化曲线,利用Matlab软件对毛细管出口温度的解析解编程计算并与实验实测数据对比分析,验证了传热模型的正确性;最后根据地铁毛细管换热器传热实验结果,利用fluent软件建立物理模型对毛细管热泵系统进行长期模拟计算,并与本文模型理论解对比分析,进一步验证传热模型的正确性;基于解析解模型,对热堆积、围岩导热系数、围岩比热容、热流密度以及运行方式分析研究,最后得出了一些结论和建议。