中深层地热能指地下数千米的岩土储存的能量,具有温度高、热流密度大的特点,目前已成为《地热能开发利用“十三五”规划》的重点发展方向。套管换热器作为中深层地热井采取的主要形式之一,通常会因为固相颗粒的沉积造成堵塞问题,对于深度达两三千米的中深层地热井这种情况更为严重,为解决此问题本文提出了一种开孔型套管结构。同时由于中深层地热底部温度较高,强化底部传热能够有效的提升套管结构的换热性能。目前对于上述的问题的研究尚未发现,因此本文针对开孔套管内液固两相流动特性及强化换热进行了相关的研究。首先建立了开孔型套管换热器流动可视化实验装置,采用有色示踪方法研究流动规律,分析了操作参数和物性参数对套管内的流体流动结构和停留时间的影响。结果表明:开孔附近存在回流区,回流区附近的流体更容易流入内套管;对于两侧开孔的套管结构,管内的回流区呈纵向排布;减小入口流量和增大外套管管径,管内流速相应降低,回流区的范围也会减小。流体的流动规律研究可为液固两相流和强化传热研究提供指导意义。其次,根据实际工程中的中深层地热井建立了三维物理模型,分别采用DPM和双欧拉的方法研究开孔套管内液固两相流动特性,主要研究了入射位置、颗粒粒径和入流速度等对颗粒的停留时间和沉积率的影响。研究表明:入射位置离小孔越近,颗粒越容易被流体带出套管,入射位置沿径变化时,颗粒的沉积率基本不变;增大入口速度能够降低颗粒的沉积率,速度为0.8m/s时,沉积率仅有13%;颗粒粒径越大越容易沉积在井底,粒径为5mm时,沉积率可达到74%;颗粒在井底的沉积高于内套管底部时,沉积高度越高越容易堵塞套管结构。由于入射位置、颗粒粒径和入流速度等会对颗粒的沉积产生影响,因此为减小颗粒的沉积率需对开孔结构进行优化。最后,建立地下岩土半径为三米的三维物理模型,采用套管式换热器与岩土热渗耦合的方法建立换热模型,研究结果表明:(1)考虑固相颗粒沉积和强化换热的问题,将两侧开孔结构优化为螺旋开孔,螺旋开孔方式换热性能优于两侧开孔方式,单位长度换热量可增大25.6%;外套管采用螺纹凹槽结构相较于光滑套管换热性能更好,单位长度换热量可增大46.9%;适当的增大外套管管径有利于提升地热井的换热性能。(2)提高进口流速能增大换热量,但流速过大会导致换热不充分且流动阻力增加,一般0.6-0.8m/s的流速可保证进出口较大温差也不影响整体换热量;进口温度的增大会降低地热井的换热效率;固井水泥导热系数和岩土比热是埋管理想敷设环境的两个重要指标,增大它们的参数能够提升系统的换热性能。