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在地源热泵的研究中,地下换热是其核心内容,而土壤结构对地下换热过程有着重要的影响,与以往研究中对土壤进行的宏观描述不同,分形方法可以深入到土壤的内部结构,是一种研究地源热泵地下换热过程的新方法。本文以地源热泵为研究背景,采用分形理论,视土壤为多孔介质,从多孔介质结构形成的物理机制出发,自行编写Matlab程序建立了分形土壤的传热模型,并通过编程计算得到了不同元胞下土壤有效导热系数与土壤孔隙率之间的变化规律,固气相导热系数比对土壤导热系数的影响规律,讨论了孔隙率、固气相导热系数等因素对分形土壤有效导热系数的影响,此外,采用分形理论,将土壤简化为由毛细通道组成的多孔介质,并应用分形随机行走方法,通过编写Matlab程序建立了分形土壤的传质模型,并在此基础上通过编程迭代得到了弯曲度分形维数与土壤渗透率之间的变化规律。利用本文中建立的随机分形传热模型,结合土壤结构,建立了地下土壤的分形饱和模型与非饱和模型,并采用TDMA迭代算法,自行编写Matlab程序对地下埋管与分形土壤换热过程进行模拟计算,本文对在夏季与冬季的不同气候条件下的稳态地下换热过程进行了模拟计算,得到了稳态地下换热的温度场分布以及饱和与非饱和土壤稳态地下换热过程的热作用半径,并针对饱和与非饱和土壤模型在不同埋管深度处沿管壁径向方向上的传热特性进行了对比分析。本文还分别对在夏季与冬季不同条件下地下埋管与土壤运行12小时、间歇6小时的换热过程进行了模拟计算,得到了不同埋管深度处换热过程的温度场分布,此外,还对夏季运行10小时、间歇8小时；冬季运行6小时、间歇10小时两种不同运行工况下的土壤换热过程进行了模拟计算,对土壤温度的变化特性进行了分析,并将模拟结果与实验数据的整理结果进行了对比。最后,本文将渗流过程引入多孔介质分形传热模型,对基于渗流模型的土壤运行间歇换热过程进行了模拟计算,得到了基于渗流模型土壤运行间歇换热过程的温度变化曲线,并将模拟结果与无渗流的换热过程的模拟结果、实验数据的整理结果进行了分析对比。