本文采用实验和数值模拟相结合的方法,对沿海地区含水沙土层埋管地源热泵进行了研究。基于实验室搭建的沙土埋管地源热泵实验台,建立了沙土埋管换热数值模型,并实验验证了非含水工况和含水工况以及间歇运行工况下数值模型的正确性。在经验证的数值模型基础上,对系统相关参数进行了优化,并结合实际运行条件进行系统运行性能分析。主要研究内容如下:(1)以在秦皇岛市建立的沙层埋管地源热泵系统为基础,建立了沙土埋管换热几何模型。给出了数值求解过程中的湍流模型、多孔介质模型、凝固和融化模型的理论基础,同时给出了数值模拟中各个材料物性的参数选取方法以及对模型边界条件的设定,最终给出完整的数值求解模型。(2)通过对比模拟和实验结果,验证模型的准确性。分析沙层埋管地源热泵系统COP值发现:含水沙层地源热泵系统较非含水沙层地源热泵系统COP值更高;埋管壁结冰厚度达到3cm之前,系统运行效率相对较高。含水沙层恢复至自然温度场的周期较长,而恢复至沙层中冰融化需要的时间大约为恢复至初始自然温度场时间的1/3。(3)对比不同流速对含水沙层埋管换热的影响,发现沙层结冰厚度小于3cm时,流量越小埋管换热温差越大;在沙层结冰厚度大于3cm时,适当增大流量可以增强换热效果。含水沙层埋管中管内介质流速在0.012m/s~0.018m/s范围内时埋管换热器换热效果最好。对比不同含水率对含水沙层埋管换热的影响,得出在一定运行时间内,含水率升高可以提高埋管的换热能力;对于浅层含水沙层埋管,间歇运行沙层温度场受空气温度影响较大,实际工程中应增大埋管深度。本文采用CFD软件模拟含水沙层的埋管换热情况,并得到系统优化设计方案,研究成果为类似工程设计及运行方案提供参考。