地埋管地源热泵系统利用地热能向建筑供应冷量与热量,是一种环保高效的环控系统。然而,目前该类系统的初投资和能效仍然受到地埋管能效的限制。纳米流体作为新型传热流体,可提高地埋管的传热量,但同时其更高的黏度也会阻碍系统能效的提升。因此,有必要研究纳米流体强化地埋管传热的规律,以实现其性能的最优化。本文针对纳米流体强化地埋管传热研究的现状和不足,进行了实验和数值方法研究。搭建了以纳米流体和纯水作为传热流体的地埋管换热实验台,对比了两种流体性能的差异。其中,相比于纯水,纳米流体对应的地埋管传热量、水泵能耗和能效分别增加了39.84%、16.6%和20.2%。同时,对比了弯管段和直管段内纳米流体的换热性能。结果表明,纳米流体在弯管段内的换热性能比直管段内更高。在长直管段内,纳米流体的强化传热效果沿轴线方向逐渐减弱。本文基于实验建立了地埋管内纳米流体流动的离散相数值模型,并采用前人经验公式对其进行了验证,两者结果相差不超过6.3%。通过数值计算,分析了弯管段和直管段内纳米颗粒的径向速度,解释了弯管段和直管段中纳米流体换热的差异,进而找到了前人数值研究中显示纳米流体强化地埋管传热效果不显著的原因和解决办法。本文还建立了基于实验台的单相流数值模型,并通过实验数据对其进行了验证,两者结果相差不超过4.47%。通过该单相流数值模型,探讨了纳米颗粒粒径和球形度对地埋管性能的影响。由于5 nm和50 nm颗粒对应的性能效率系数低于1,因此不建议将这两种尺寸的颗粒用于地埋管内的纳米流体。另外,40 nm的颗粒对应了最高的性能效率系数,因此40 nm为最优粒径。同时,球形颗粒对应的纳米流体压降比棒状颗粒低7.5%,对应的传热量和能效分别比棒状颗粒高0.19%和8.55%。本文证明了纳米流体在强化地埋管传热上的优势,找到了可能的提升纳米流体在地埋管内换热能力的技术措施,得到了纳米颗粒粒径和球形度对地埋管换热的影响规律。所得结果将为使用纳米流体的地埋管系统设计提供理论依据。