鉴于当前复杂严峻的国际形势,小型地下核工程在我国国防事业中具有重要的战略地位,小型地下核工程对其固有安全性及隐蔽性提出了更高的要求。本文旨在探索一种能够躲避红外探测的新型地下核工程排热系统,提出了两种耦合排热系统:坑道通风-相变蓄热水池耦合排热系统以及埋地管-相变蓄热水池耦合排热系统,将核电站废热排放至远端大气或地下岩土中,排放空气温度和岩土表层温度满足红外伪装要求,可克服传统余热排出模式易于红外暴露的缺点。本文以小型地下核工程耦合排热系统（排热负荷为3.5MW）技术可行性验证为目标导向,结合理论研究,对坑道通风、埋地管以及相变蓄热水池等系统结构参数和运行参数进行设计;在此基础上,借助数值模拟手段,对各子系统流动换热特性展开分析;通过系统性能分析,从排热需求和隐蔽性要求两方面验证方案的可行性。本文的主要工作内容和研究成果如下:（1）根据某一地区年气温数据对坑道通风系统结构运行参数进行了初步设计,理论研究结果表明:最恶劣工况下的坑道通风排热系统需要建设121个相同的并联坑道,总占地面积为6050m~2;为应对不同环境温度工况,需开启不同数量的并联坑道通风排热系统以满足排热和红外伪装需求,夏季最高气温、全年平均温度和冬季最低气温三种工况下所需的坑道个数分别为121个、87个和37个。采用多孔介质模型模拟结构复杂的换热管集群,并对常规和极端工况下的坑道内流体的流动与换热过程进行了模拟计算,分析了流体温度、速度和压力的变化特征,得出了单个坑道换热量和阻力压降,进一步验证了设计方案的可行性。（2）为有效解决短时间内反应堆余热负荷和排热系统负荷不平衡问题,将相变蓄热水池放置在冷凝器和排热系统的中间。针对设计方案394m~3的蓄热水池,建立有无相变单元蓄热水池的物理模型,对故障工况（即反应堆余热负荷保持不变,排热系统20%换热器出现故障时）水池升温过程进行数值模拟,探讨了水池升温过程中相变单元对水池温升的影响规律。研究结果表明:水池内会出现明显的温度分层现象,相对于纯水池,当水池中加入13.1%的相变单元,水池温升为25℃时,蓄热水池的整体热容量提高了71.6%。（3）以某一地区全年12个月份的平均气温、地表温度和风速作为变工况条件,对埋地管排热系统结构和运行参数进行设计计算,结果表明:需要铺设1021根相同的并联埋地管道,总占地面积为459450m~2。该排热系统可以根据不同的环境温度来调整埋管运行数量来满足换热需求和红外伪装要求,1月所需埋管根数最少为326根,6月所需埋管根数最多为1021根。基于设计方案,建立了埋地管耦合岩土物理模型,并模拟了埋地管耦合岩土流动与传热过程。通过分析模拟结果,探究了环境因素对埋管换热性能的影响规律,验证了设计方案能够满足系统排热负荷和红外伪装要求。本文针对小型地下核工程的排热需求和隐蔽性要求,提出了用于长期排热的耦合排热系统技术方案,并基于理论研究和数值模拟相结合的方法验证了方案可行性,对实际工程实践具有一定的指导价值和科学意义。