地源热泵系统由于环保节能的特点,在国内外已经被广泛使用,其关键部分是地埋管换热器。系统通过地埋管换热器与土壤间实现换热,夏季制冷将热负荷排向土壤,冬季供热从土壤吸收热量。由于地埋管初投资较大,合理地设计地埋管尺寸尤为重要,可以减少经济投入。建立计算模型分析地埋管地下传热,对换热器设计与运行十分关键。传统计算模型中一般将土壤当作均质处理。近些年,越来越多的相关科研人员关注浅层土壤结构的分层情况,建立合理的分层模型是研究地埋管换热器的一个重要方向。目前,分层模型没有精确的解析解,大多采用三维分层数值模型。由于三维分层数值模型建模复杂、不易变动、网格多及计算耗时等特点,并不适合工程应用和传热优化分析,建立简化的分层数值模型则显得比较重要。本文针对垂直U型埋管,考虑垂直方向的土壤分层情况,建立了二维分层数值模型,并且用实际数据和三维分层数值模型验证了该模型的准确性。之后以精确的三维分层数值模型作为对比对象,探讨了二维分层数值模型在土壤不同分层数量和分层厚度不均匀情况下的准确性,结果显示两者对二维分层数值模型准确性影响较小,在不同分层情况下,二维分层数值模型都可以替代三维分层数值模型。采用二维分层数值模型,对比了传统的均质模型和土壤分层模型下传热计算结果的差异,结果显示分层土壤结构的钻孔壁温度与热流具有明显分层特性,均质模型的计算结果存在较大误差,且误差随时间延长而增大,分层模型更能准确描述实际分层土壤的传热特性。本文在垂直分层简化方法基础上,进一步提出了水平径向分层的简化方法,并将该方法应用于桩基埋管换器中。桩基埋管方式相对于垂直埋管由于更具有充分使用土地面积,减少初投资以及增强热交换器换热性能等优势,是当前的研究热点。桩基埋管的直径尺寸大,桩内外热物性差别明显,需考虑桩基的内外分层情况,传统桩基计算模型大多是三维数值模型,具有建模复杂,计算速度慢等缺点。本文针对多U型对称分布桩基埋管,利用水平径向分层简化方法,建立了环形分层数值模型,并用实际数据验证了模型;简化数值模型与线热源及圆柱源等经典模型进行了比较,结果表明环形分层数值模型具有较好的准确性;结合实际桩基热物性测试项目数据,在Fluent与Matlab耦合运行方法下,实现了基于环形分层数值模型的桩基热物性测试反演计算,提供了一种桩基热物性测试反演的新方法。