随着现在能源与环境问题日益受到世界的普遍关注,地源热泵系统由于其显著的节能和环保效益也越来越受到大家的关注。目前关于地源热泵的应用技术研究主要集中在地源热泵系统地下埋管换热器的热力与传热特性研究方面。但是,我国在地源热泵的深入研究方面还处于起步阶段,尚没有成熟的设计与运行的经验总结。因此,在已有的几种传统埋管换热器传热模型的基础上进行改进具有十分重要的意义。本文主要对闭式地源热泵系统中的U型竖直埋管换热器的传热机理进行研究,改进和完善地下传热模型,并与已有的传热模型作比较,进而确立竖直U型埋管换热器较为准确的传热模型,为以后理论研究以及工程设计实践提供一定的参考。本文针对土壤的热物性参数在深度方向存在分层的现象,结合传统的圆柱源模型和V.C.Mei传热模型进行改进,运用能量守恒方程与热传导方程建立地源热泵埋管换热器相对应的圆柱源传热模型,这样弥补了传统传热模型普遍认为土壤各相同性,热物性参数恒定不变的缺陷,使得修正后的传热模型更加符合实际的传热过程。在对沿径向和轴向的二维偏微分方程进行解析求解的过程中,适当地简化边界条件和初始条件,运用拉普拉斯变换、贝塞尔函数和无量纲分析等数学物理方法求出土壤沿深度方向分层时埋管换热器周围土壤的温度场分布和管内流体的温度分布。通过与两个工程实例的实验数据相比较,本文传热模型的理论解比传统的线热源和圆柱源模型更好的与实际情况相吻合,体现了本文模型的精确性。本文针对传热模型中各参数对传热效果的影响程度进行分析研究,最后得出了一些结论与建议。