单井回灌地源热泵地下换热器的传热传质是一个涉及多孔介质流动与传热的复杂问题，是单井回灌地源热泵应用中的关键技术，也是目前国内外在该领域研究的热点之一。本文通过理论分析、数值计算及实验验证对单井回灌地源热泵系统地下换热器的传热传质规律进行了较为深入的研究与探讨。 首先本文根据单井回灌地源热泵系统地下传热传质的特点，将单井回灌地热换热器的流动与传热过程在空间上分为井内与井外两部分，确立了符合实际情况的边界条件，在质量与能量守恒的基础上，建立了井内、井外流动与传热的数学模型。 其次对所建模型进行了求解。对于井外部分通过有限容积法对控制方程进行了数值离散，井内对节点控制体进行质量及能量守恒分析直接得到离散方程。在此基础上确定了相应的代数方程组的求解方法，并归纳出一套用于求解单井回灌地下换热器井内外流动及传热问题的隐式数值算法，并编写了相应的计算程序。 再次对所建数学模型进行了实验验证。通过国内单井系统现场实测数据和国际杂志上报道的单井回灌地源热泵系统的实验数据，对所建立数学模型进行了实验验证。 最后对承压含水层完整井及不完整井进行了数值计算，并进行了全年运行逐时模拟；对单井系统地下换热器传热传质的影响因素进行了分析讨论。这些影响因素包括井筒内降深、井筒壁上径向渗透速度及井内循环水流量等。 研究结果表明；提出的数学模型能够较准确的描述单井回灌地源热泵系统地下换热器传热传质本质，理论模拟结果与实验结果吻合较好，对于井壁无渗流的裸井及有渗流的情况均有较好的适用性；井筒深度、岩土层导热系数、岩土层体积比热、渗透系数对地下传热的换热效果影响最大；在井内加设节流孔板可以增大回灌率，提高地下传热效果，对于承压含水层完整井，相对于在其他位置设置节流孔板来说，在井的中部加设节流孔板对于提高地下传热来说效果最好，同时井内流动损失增加也最小；井内循环流量较大时，系统具有短时间承受较大脉冲负荷的能力；地下换热器冬季运行工况下回灌温度越低或夏季工况下回灌温度越高，单位井筒长度换热量越大；在所研究的条件下，夏季井筒单位长度的换热量是冬季的两倍左右。