换热表面污垢的形成会严重影响换热设备的高效长周期性运行,恶化传热,降低换热效率,增大能源消耗,造成巨大的经济损失。污垢形成过程复杂,影响因素众多,至今仍是传热学界十分关注却又未能完全解决的问题之一。本文以紫铜为基体制备了低表面能非晶态Ni-P化学镀层,通过CaC03溶液体系污垢试验研究了Ni-P镀层的阻垢性能,并考察了粗糙度、表面自由能对污垢沉积的影响,主要研究内容及结论如下：(1)采用小试样生垢试验研究了粗糙度Ra在1.02～2.02μm范围内紫铜表面的生垢特性。随着粗糙度的减小,紫铜表面污垢沉积量及其表面能均呈现先减小后增大的趋势,存在一个最佳粗糙度区间(Ra=1.29μm左右)使得污垢沉积量最小。同时,试验比较研究了紫铜、不锈钢和紫铜基体Ni-P化学镀层三种不同材料表面的阻垢特性和机理。两个试验均表明,表面能减小有利于减少结垢。与紫铜表面相比,Ni-P镀层改性表面平均结垢量降低了74.5%。Ni-P镀层因其表面的非晶态结构和低表面能特性,降低了污垢沉积量,干扰了污垢晶体正常的核化方式,阻滞了不稳定的球霰石和文石向稳定的方解石转变的过程,取得了显著的阻垢效果。(2)搭建了长管对流传热阻垢性能可视化测试平台,对比分析了紫铜管、不锈钢管和Ni-P化学镀管的阻垢性能。试验结果表明,表面能的减小,有利于延长污垢诱导期,降低污垢增长速率和渐近污垢热阻。与紫铜基管相比,Ni-P化学镀管的污垢诱导期延长了1.8倍,渐近污垢热阻仅为紫铜管的28.1%。Ni-P化学镀管表面污垢层薄且疏松,呈无定向弥散分布特征,与材料表面粘附力弱,容易脱落。此外,试验研究了流速、溶液硬度、换热表面初始平均温度等参数对Ni-P化学镀管表面结垢行为的影响规律。