地下岩土换热是热泵地能利用和岩土储能实现可再生能源利用的重要组成，关系到岩土工程和热能工程领域技术。其核心问题涉及长期热交换过程其结构的热变异问题，及其复杂结构体的传热传质和结构热应变，这种结构热变异的换热能力衰减和失效影响长期使用的可靠性和有效性成为急待解决的科学技术问题。本项目通过理论分析、模型构建和计算分析,结合多种实验手段，探究了岩土换热结构热应变内在特征的相关基础科学问题，系统研究了换热管体-湿性岩土-回填料组成构造体的热应变和结构变形，包括岩土多孔介质热胀缩性、热湿涨凝缩、管土缝隙、冻胀热变异、置管挤压、形变与位移、换热体多材质耦合相容性等。揭示耦合结构的热强度、热应变、热变形和热裂隙等现象的关联特征，认识热湿迁移、能流强度和可变负荷动态传热及其结构热变异作用机理，突破了地下换热器的多孔松散岩土体和换热管固体弹塑性耦合、热-力-结构耦合及热流固耦合等多层耦合问题热应变关联分析难点。基于材料与结构热应变，建立岩土置管结构热变性分析的精细模型，剖析各种传热及岩土构造体的初始条件和边界条件对稳态和瞬态热变形影响规律，包括管土结构热胀缩、低温冻胀等，界定其中岩土耦合结构的热应变、热变形、热裂隙和间隙演变,以及热湿迁移、能流变化、可变动态负荷及其协同作用与范围；研判岩土置管换热系统失效性的存因、避减策略和理念，建立提升可靠性的热胀缩变异抑制机制。研究成果对推动和倡导地下管土热源体热应变分析，构建热力衰减和失效控制理论，指导地下蓄能和热泵地能工程应用具有重要的引领带动作用。 2100433B

作为未来能源可持续发展重要形式的地下岩土长期储能，涉及复杂的地下结构体传热传质和结构热变异，其换热能力衰减和失效一直制约长期应用可靠性。为此，提出岩土换热结构热应变基础研究问题，探索地下置管-岩土-回填材料组成的换热结构体热应变和变形，诸如岩土多孔介质热胀缩性、热湿过程空隙气化与凝缩、岩土板结、干裂、冻结热隙现象和置管挤压，以及地下换热系统多重材料相容性等。揭示地下耦合结构的热强度、热应变、热变形和热裂隙现象的本质特征，认识热湿迁移、能流强度和可变负荷动态传热及其结构热变异作用机理，突破热流固耦合结构热应变关联分析难点。依据材料与结构热应变特性，提出结构热分析精细模型，实现热胀缩变异控制，提升可靠性和长期应用寿命，避免地下换热系统失效，构建控制策略，实现蓄能过程优化。该研究将拓展和完善地下岩土能源体热应变分析控制理论，指导工程应用，推进我国地下蓄能及地源热泵技术的健康发展。

储能技术是未来能源领域可持续发展的重要组成和发展战略，是实现能源可再生化和高效利用的一种有效途径。能量通过短期或长期蓄存，提高其综合利用率并实现能源的实时补充。地下蓄能是一个复杂多变的过程，包括能量蓄入、积累、存储和释放提取多阶段时变过程，研究主要涉及各种岩土构造下含湿非饱和、饱和、过饱和及含水层等多层各向异性的热过程机理及各阶段的时变特征和规律。研究热湿运动中的热扩散率、能量恢复率，瞬态焓分布、能量密度、能流强度；探索高、低温蓄能中温度梯度畸变、湿分布和热容能力变异、传热迟滞现象，以及冰晶形成、湿运动抑制等现象规律；研究蓄能周期和实效性，以及冷、热蓄能交替过程的热特性；研究扩散控制及策略，实施蓄能系统的最佳化。该研究拟利用模型分析，结合实验研究，通过对地下复杂蓄能传热机理、特性和规律的研究，以及控制策略研究，完善地下蓄能理论，推动我国地下蓄能技术及土壤源热泵的发展。 2100433B