地铁在运营过程中会产生大量废热,导致大量热量蓄存于隧道围岩中,进而引起围岩温度逐年升高,地下岩土温度场亦发生较大改变,最终破坏隧道周围生态环境,造成地下空间热污染。目前常用解决方法包括隧道通风法、空调系统降温法、喷雾法、相变降温法以及隔热法。上述方法虽能达到隧道降温的目的,但未能对隧道内产生的废热进行利用,一定程度上造成了能源浪费。地铁废热源热泵系统是解决隧道热污染,并对其废热进行有效利用的技术之一。而其前端换热器的设计对整个系统的性能具有决定性作用。本研究拟对一种地铁废热源热泵前端换热器——薄壳式换热器的换热性能进行实测及数值分析,以期为工程实践提供设计依据。首先,基于薄壳式换热器的构造及其传热过程,建立了相应的理论传热模型;其次,在隧道内部搭建了薄壳式换热器实验平台,并对其不同工况下的换热特性进行了实测分析;再次,基于薄壳式换热器理论传热模型,搭建了相应的数值模型,并采用实测数据对模型进行了对比验证;最后,基于验证后的数值模型,进一步对薄壳式换热器的传热特性、影响因素等进行了分析。基于上述研究得主要结论如下:1)实测结果显示,地铁隧道用薄壳式换热器换热效果良好,系统供水温度为35℃时,其单位面积换热量为120W/m~2。2)模拟结果显示,冬季工况下,换热器入口温度每升高1℃,其单位面积换热量降低8%;夏季工况下,换热器入口温度每升高1℃,其单位面积换热量升高9%。表明换热器入口温度对其换热效果影响较大。3)模拟结果显示,换热器管内流速每变化0.01m/s,换热器的单位面积换热量变化小于1%。表明管内流速对其换热量影响较小,而管内流速增加将显著增加管网系统的流动阻力,因此,建议在实际应用中管内流速不宜超过0.2m/s。4)模拟结果显示,夏季工况下,隧道空气温度每升高1℃,换热器单位面积换热量减少3%;冬季工况下,隧道空气温度每升高1℃,换热器单位面积换热量升高2%。表明隧道的空气温度对薄壳式换热器的换热有较大影响。建议在实际工程中应有效控制地铁列车运行时产生的活塞风对隧道内空气温度的影响。5)模拟结果显示,冬季工况时,换热器敷设位置距隧道壁面的距离越近越有利于提取隧道围岩热量。建议在现场施工条件允许的情况下,尽量使薄壳式换热器的敷设位置靠近地铁隧道内壁面。6)显著性分析结果显示,各影响因素对换热器换热效果的显著性影响由高到低为:入口温度、换热器埋深、隧道空气温度、管内流速。本研究可为薄壳式换热器在地铁废热源热泵系统中的应用提供理论基础,研究结果可为实际工程设计提供参考依据。