作为地球上储量巨大的自然资源,地热能已经成为当今世界不可忽视的可再生能源之一,中国是世界上最大的能源消费国和第二大经济体,利用地热能作为可再生资源对中国的可持续发展至关重要。虽然一些研究已经考虑到地下水的渗流对地下换热器的传热性能影响,但现有研究要么假设地下岩土层为完全饱和均质多孔介质材料,要么以某一地下水位将岩土层分为饱和土和非饱和土,很少有研究考虑层状地质条件和地下部分地层视为含水层的热渗流耦合作用。因此,本文对于复杂地质环境及其所对应渗流条件下地埋管换热器效率提升、结构优化、管群钻孔排布方式等问题做了进一步研究。首先以重庆某地源热泵系统工程实际地质条件为依托,利用Gambit软件建立多层地质与热渗耦合条件下三维换热模型,在Fluent软件中以实际工况参数设定模型初始条件,并将模型出口水温计算值与热物性测试地埋管出水温度实测值对比,验证了模型的准确性。建立了均质模型与分层换热模型、纯导热模型与热渗耦合模型,对比分析不同工况对地埋管换热性能的影响。结果显示,均质模型的单位井深换热量比分层模型高0.89%,采用均质模型会高估（或低估）地埋管的换热能力;热渗耦合模型的单位井深换热量比纯导热模型提高了10.74%。在土壤分层和热渗透耦合的条件下,研究了渗流速度和渗流方向对埋管换热器传热性能的影响,结果表明:随着渗流速度的增加,换热器的传热性能总是增加的,当渗流速度小于1.5×10-5m/s时,渗流方向为回水管至进水管的换热性能最佳;当渗流速度不小于1.5×10-5m/s时,渗流方向垂直于进水/回水管轴线时的换热性能最佳。然后提出使用铝塑复合管材换热器提高地埋管换热效率,分别在连续与间歇运行工况下对比分析了使用铝塑复合管和PE管的换热性能,确定了的铝塑复合管的最佳复合深度。得到了在相同运行方式及渗流条件下,铝塑复合管换热器的换热量较PE管有较大提升,且不同运行方式对不同渗流条件下的地埋管换热行性能评价有不同影响。连续运行时,使用铝塑复合管,渗流速度不大于1.5×10-5m/s时的最佳渗流方向为回水管到进水管方向,反之即为垂直于进回水管轴线方向;间歇运行时,使用铝塑复合管在6种不同渗流速度下最佳渗流方向均为回水管到进水管方向。考虑到铝塑复合埋管的传热性能和经济性,采用第二、三、四、五层铝塑复合管的管材设计方式更为合理。进而基于最佳渗流方向和铝塑复合管的最佳管材复合深度,改变U型地埋管的截面结构,提出U型扁管截面换热器。在保证支管中心距与横截面积一定时对其截面尺寸进行优化。结果表明降低扁管的截面扁度（或提高扁管的截面高度）,U型扁管换热器的单位井深换热量越大,相同渗流条件下,最优工况U型扁管换热器较PE管换热性能提高了21.84%。最后以前文得出的最佳工况U型管换热器为基础,建立3种不同钻孔排布方式的管群换热模型,研究不同纵横比钻孔排布方式对管群换热性能的影响。结果表明,管群总体平均换热量随纵横比的减小而先升高后降低,当纵横比为1:1.5时,管群整体单位井深换热量最高,钻孔平均热阻最小,岩土体热短路损失系数越小。