选取工程中常用的管壳式换热器为研究对象,针对换热器中的结垢问题进行数值模拟和传热性能分析。换热器管程介质为常温循环水,壳程为高温减顶气。使用SolidWorks对换热器固体域和流体域进行建模,利用Fluent在相同工况条件下分别对换热器在管内结垢、管外结垢和壳内结垢等情形进行数值模拟,得到了换热器内的速度场、温度场和压力场分布,由此分析管壳式换热器的传热性能,并获得了污垢位置和厚度对换热器传热性能的影响规律。结果表明随着污垢厚度的增加,换热器的传热系数逐渐减小,结垢侧压降逐渐升高;换热管内侧结垢对换热器传热性能的影响最大,壳程内侧影响最小。

搭建板式换热器冷却水污垢热阻实验台,测得不同时间、流速和温度下天然循环冷却水（松花江水）中铁离子、氯离子、细菌总数、pH值、溶解氧、浊度、电导率等水质参数,随机取一组实验的水质参数作为输入变量,建立换热器冷却水污垢热阻预测的偏最小二乘回归模型,对板式换热器的污垢热阻进行预测。整个实验过程中,热水进口温度为43.5~44.5℃,冷却水进口温度为21.5~22.5℃,流速为0.104 m.s-1,当温度和流速发生变化时,则重新采取数据。经过计算,确立本模型应提取4个潜变量,由此建立了板式换热器冷却水污垢热阻预测模型。预测结果和实验结果最大相对误差在5.11%以内。结果表明偏最小二乘回归算法的污垢模型预测精度高,所建预测模型是合理可行的。

本文对6种螺旋槽管在不同条件下进行了污垢特性实验，考察了冷水硬度、温度及结构参数对螺旋槽管污垢特性的影响．实验表明，冷水温度降低时，螺旋槽管的污垢热阻随之降低．当增加冷水硬度时渐近污垢热阻也随之增加，但增至某硬度时渐近污垢热阻出现降低现象．螺旋槽管几何参数对污垢热阻有显著影响，槽深增加和螺距减小会使污垢热阻呈现降低趋势．在本文研究范围内，小螺距大槽深的螺旋槽管具有最低的渐近污垢热阻．

对污水源热泵系统中污水换热器进行了现场测试，依据测试数据分析污水换热器换热量、传热系数的衰减规律。依据测试数据和理论计算分析了污水换热器内污水侧对流换热热阻和污垢热阻的变化规律，以及各热阻在总热阻中的所占比例。结果表明：洁净的污水换热器投入运行225h后，实际换热量为初始值的43．8％；实际传热系数为440W／（m^2·℃），为初始值的46．3％；污水侧对流换热热阻占总热阻的60％，污垢热阻占总热阻的20％。提高污水换热器换热效率，保持污水换热器换热量的稳定应从降低污水侧对流换热热阻着手。

本文通过模型模拟了螺旋槽强化表面的结垢过程,分析了多种影响因素条件下污垢热阻随时间的变化。结果表明：污垢热阻随流速的增加而减小,随溶液入口温度和热流体入口温度的增加而增大;污垢热阻随初始溶液硬度的增加呈现先增大后减小的变化趋势;螺旋槽管几何尺寸对表面热阻形成有较大影响,污垢热阻随螺旋槽管槽深的增加而减小,随螺距的增加而增大。同时,本文从污垢形成机理方面分析了各因素对结垢过程的影响。