结垢现象是换热器应用中普遍面临的一个重要问题,污垢严重影响换热器的换热效率、安全性能和使用寿命。由于换热器表面的污垢带来的损失巨大,所以受到人们的广泛关注。内螺纹强化换热管相比于普通光管,具有良好的传热性能,已成为工业界制作壳管式换热器中应用最广泛的换热元件之一。随着强化传热技术的普及,亟需针对近年来广泛应用的强化管这类非光滑换热表面污垢的形成规律进行研究,从而全面认识污垢问题,为抑垢技术的发展提供理论支持。为此本文针对实际冷凝器表面常见的颗粒污垢和析晶污垢组成的混合污垢,从宏观和介观的角度揭示二元混合污垢的生长规律和相互作用机制。首先,设计了用于内螺纹强化管内表面污垢测试的壳管式冷凝器,并搭建相应的污垢热阻实验平台。开展了洁净状态下换热管换热性能的基础测试工作,分析了管内流速和热流密度的变化对换热管总传热系数的影响,并建立了相应的数学关系式,提出污垢热阻修正公式。测试结果表明修正公式可以有效减小流速和热流密度的变化对污垢热阻测试数据的影响,提高测试数据的准确性,为后续污垢的测试工作奠定基础。其次,基于实验台分别开展了颗粒污垢、析晶污垢和二元混合污垢在不同强化换热管内表面生长规律的实验研究。发现颗粒污垢在二元混合污垢生长中可延长污垢的诱导期,起到“缓释剂”的作用。然而一旦污垢进入生长期,颗粒组分和析晶组分在结垢过程中相互促进,导致污垢生长速度加快,混合污垢的渐近污垢热阻值高于单一污垢。三种换热管加速污垢实验的污垢热阻变化曲线与等比例缩小后的实际污垢热阻曲线非常相似。表明污垢实验具有一定的相似性,加速混合污垢实验可以近似反映实际污垢的生长趋势。再次,针对内螺纹强化管,提出了一种多参数污垢热阻预测模型的建立方法,发展了三元污垢热阻模型。将污垢预测模型以连续函数的形式统一表述,解决了以往污垢预测模型分段表述的缺点。该模型具有明确的物理意义,使用简便且预测精度高,为内螺纹强化管内表面污垢热阻研究提供一种更优的建模思路。然后,基于污垢实验数据,对污垢生长过程中的两个关键行为参数——附着概率和污垢粘合强度进行计算和分析。基于这两个关键行为参数分析了二元混合污垢的相互作用机制,揭示换热管结构参数对污垢沉积过程与剥蚀过程各自的影响特点。发现在混合污垢的形成过程中,Si O2颗粒物为Ca CO3的析出提供了额外的成核位置。内螺纹强化管与光管相比,污垢不易沉积。但一旦结垢后,不易被流体剥蚀。螺纹间距小的强化管内表面容易形成颗粒污垢,不易形成析晶污垢。随后,基于连续相流场和离散相颗粒运动特性,采用计算流体力学方法,从宏观和介观的角度,进一步分析二元混合污垢形成规律。建立内螺纹强化管中流体侧对流换热模型,对液-固两相流在管内的流动换热特性进行模拟。分析了三种不同换热管内部速度场、温度场以及粒子浓度场,解释了强化管不同表面几何参数下结垢的差异。指出污垢更容易在螺旋肋背部和两肋之间沉积。由于光管的传热性能较差,在近壁区域温度高于强化管,导致更多的析晶物析出。重力对光管表面颗粒物的沉积起到了更大的作用。对于内螺纹强化管,粒子运动轨迹与螺纹方向一致,并向换热管中心轴方向偏移,导致内螺纹强化管内表面颗粒污垢在混合污垢中占比小于光管。最后,提出了考虑污垢影响的综合评价指标,将强化传热技术和污垢这两个原本应该是一个的研究领域重新结合。通过理论推导并结合既有的实验测试数据,多方向地证明了该指标的可行性,同时指出了该指标在实际应用中存在的一些局限条件。为在当下的实际工程应用中,针对内螺纹强化管的性能研究提供一种合理的评价指标。本文通过实验研究、理论分析、数值模拟相结合的方式,从宏观和介观两个方面对冷凝器内螺纹强化管中二元混合污垢的生长特性和相互作用规律进行了研究与探讨。相关研究成果可以丰富强化管内表面污垢的基础研究内容,为解决强化换热表面的污垢问题提供了理论支撑。