地源热泵供热时从土壤中吸热,制冷时向土壤放出热量.土壤冬季温度高于室外气温,夏季温度低于室外气温,所以将热泵系统的换热装置安装于土壤中可以得到更好的传热工况.通过使用地源热泵还可以减少煤的使用量,节约石油、天然气等一次能源,有利于国家改善能源结构,减少有害气体排放从而达到保护环境和可持续发展的目标.因此地源热泵是高效节能、绿色环保的供暖和空调制冷方式.此项技术在欧美已有60多年的研究和应用历史,但在中国从近十年才开始研究,应用更是最近几年开始的.地源热泵的地埋换热器有套管和U形管,随着材料科学的发展高密度聚乙烯U形管以其坚固耐用的优点被广泛应用于地源热泵的地埋换热器.地埋管的埋设方式有水平浅埋和竖直深埋,对于中国城市人口稠密、耕地资源稀缺的国情来说,节省土地空间的竖直埋管方式当然是地源热泵研究和应用的主要方面.据此,作者结合该实验室的地源热泵工程与实验,建立了不同条件下的竖直地埋U形管与土壤传热的三维数学模型,模拟U形管内流体的流动和传热、U形管与土壤的传热及土壤温度场.为了提高工作效率,适应数值计算发展趋势,该文采用建模软件GAMBIT建立数学模型,以数值计算软件FLUENT进行计算.该文所建数学模型中U型管的几何形状和管内流动、传热状况与实际几何、物理条件完全符合,这与以前研究者将U形管两只管腿等效为柱热源的数学模型相比在几何和物理条件上都有质的改进.通过与实验室的实测数据比较验证了数学模型的正确性.研究的意义在于指导实践,因此该文研究的重点有二:一是在不同运行工况下数值模拟地源热泵地埋U形管的传热量和土壤温度场;二是通过数值计算研究埋管深度、U形管进口水温和流速、管径、土壤和回填土的性质等不同因素对U形管传热量和管内流动压力损失的影响.在模拟计算中得到大量关于地源热泵地埋U形管传热量、管内流动压力损失和土壤温度场特性的数据,通过详细分析这些数据得出了对地源热泵工程设计有指导作用的结果.