随着能源消耗量的日益增加,我国乃至全球对节能减排的需求都越来越迫切,多种清洁可再生能源的开发也日趋增多,地源热泵凭借其对可再生能源的高效利用,从而迅速在全球得到了大范围的应用。但地源热泵的使用存在占地较大和初始成本较高的缺点,为了扩大传统地源热泵的适用范围,众多学者提出了将地源热泵的前端换热器与地下工程结构(如地下结构基坑围护结构、基础底板、桩基、地铁隧道等)相结合,据此得出了有关能源地下工程的大量研究成果。但由于地源热泵的运行效果很大程度上取决于其前端换热器的换热性能,所以为了提升前端换热器的换热效果,有学者提出了以毛细管换热器作为地源热泵的前端置于地铁隧道中,吸收隧道围岩中的地热能,通过热泵提升后,为地上建筑制冷供热,同时也解决地铁环控中冷却塔的布置问题,其研究结果表明:由于毛细管具有换热面积大、换热均匀、成本较低等优势,同时地铁隧道处于地下空间,土壤温度较为恒定,具有大量的浅层地热能,所以该系统具有很好的换热性能,经济性要优于普通空调系统,可以最大限度地提升可再生能源的利用率,降低传统能源的消耗。本文以地铁区间隧道毛细管换热系统为研究对象,结合地铁实际运行中产生的活塞风和列车散热的周期性影响,建立传热模型进行非稳态求解。传热模型分别以隧道衬砌、毛细管壁为界,将模型划分为三部分,即隧道空气、隧道围岩、毛细管换热介质,并将隧道围岩简化为二维径向传热,将隧道空气和毛细管换热器的传热过程简化为一维轴向传热,最终三部分之间通过UDF和Fluent的数值传递实现传热的耦合。同时,本文根据现有研究学者的实验条件和工况建立相应模型,将模拟结果与实验结果对比,验证了本文计算模型的可靠性和正确性。在传热模型的基础上,根据我国建筑气候分区和典型城市的气象参数,根据多个参数对不同气候类型下该系统的换热特性进行分析,认为该系统在夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温暖地区都有较好的适宜性。按照一席毛细管换热器48根毛细管计算可知,上述三个地区一席毛细管换热器夏季单位长度换热量可以达到249~350 W/m左右,冬季单位长度换热量在86~149 W/m左右。其次,采用单因素分析法,对该系统相关参数的传热影响规律进行分析,在此基础上进行优化,并建立单根毛细管模型,对比不同管间距下的热干扰情况。结果表明,考虑到工程实际应用,毛细管长度在保证换热量和出口水温的基础上,可以每席换热器保持3~5 m的长度,席与席之间并联运行;毛细管管间距保持在20~30 mm,毛细管换热介质流速保持在0.04~0.08 m/s范围内,夏季入口水温宜保持在温度范围内的较高温度,冬季入口水温在适宜范围内选择较低入口水温。此时,不仅可以提升毛细管换热器的换热效果,也有效减少了毛细管间传热热干扰的影响。同时,发现在系统停止运行期间,隧道空气的温度和流速对围岩温度恢复有影响,且呈现冬夏季不同的变化规律性。最后,本文采用优化值,以昆明地区为例,对毛细管换热系统的长期运行状况进行模拟,分析了该系统在供冷期、秋季过渡期、采暖期、春季过渡期的换热量及围岩温度变化,最后综合围岩温度的全年变化情况、供冷期和采暖期的换热量,对系统全年的换热效果进行了综合分析和评价。综上所述,地铁区间隧道毛细管换热系统在我国具有很好的应用前景,本文的研究结果具有一定的理论和工程意义,为今后该系统的实际应用提供相关参考和理论依据。