地埋管地源热泵是浅层地热能利用的一种主要形式，回填材料的热物性尤其导热系数是影响热泵系统换热效率的关键。以砂和重晶石粉作为研究对象，探究不同重晶石粉掺比(体积分数)以及不同饱和度样品导热系数的变化规律；并基于体视镜、核磁共振分析等宏细观实验，揭示重晶石粉对回填材料导热系数提高的机制；最后，通过数值模拟手段研究该回填材料导热性能对换热效率的影响。研究表明：重晶石粉对回填材料导热系数的影响显著，掺比20%重晶石粉对回填材料导热系数提高的效果最好，最高可使导热系数提高52.09%；水的含量对导热系数影响也很显著，样品饱水后导热系数明显增加，相比干燥样品提高了4～5倍；重晶石粉对回填材料导热系数的提高主要由包裹效应和填隙效应引起，包裹效应为重晶石粉将砂颗粒表面包裹，而填隙效应则是重晶石粉将砂颗粒之间的孔隙填充；数值模拟结果证明重晶石粉提高回填材料导热系数进而提高地源热泵换热效率的可行性。研究成果为地源热泵回填材料的选择提供了参考。

陕西省地质勘查基金项目(61202110382)；

1 样品制备与实验方案
1.1 样品材料及制备
1.2 试验方案
1.2.1 热参数测试
1.2.2 孔隙结构测试
1.2.3 孔径分布测试
2 测试结果分析
2.1 回填材料导热系数与重晶石粉掺比的关系
2.2 回填材料导热系数与饱和度的关系
2.3 回填材料导热系数与孔隙率的关系
2.4 孔隙结构特征
2.5 孔径分布
3 分析与讨论
3.1 不同材料对导热系数的影响机制
3.1.1 重晶石粉
3.1.2 水
1)水膜、水桥效应
2)优势传热通道效应
3.1.3 孔隙率
3.2 重晶石粉和水的耦合影响
4 回填材料对地埋管换热效率的影响评估
4.1 假设条件
4.2 数值模型和计算参数
4.3 边界条件和初始条件设置
1)边界条件
2)初始条件
4.4 模拟结果
5 结论

贾海梁,朱子贤,周阳,孙强.砂-重晶石粉填料导热性能与传热机制研究[J].煤田地质与勘探,2022,50(11):162-173.