换热设备的污垢由于其存在的普遍性、危害的严重性及形成的复杂性成为传热学界十分关注而又没能完全解决的主要问题之一。本文对循环水系统中碳酸钙于换热表面的结垢过程和物理抗垢(高压静电和低压电子抗垢)进行了较为系统的实验与机理研究，概括起来主要有以下几项工作： 研发了一套污垢热阻动态监测实验装置。该套装置实现了功能的多样性，系统采用数据的自动采集和参数的自动控制，具有很好的操作性。根据传热学基本原理，对污垢热阻动态监测实验装置采用光滑管进行了强制对流换热性能测试。结果表明，实验段热平衡偏差小于10％，实验测试与根据经验公式计算的Nu数相吻合，最大偏差小于10％，证实了该装置运行结果的稳定性与可靠性。通过该装置可以对污垢热阻进行自动监测，能实时而准确地记录各种实验条件下换热表面的污垢变化，使结垢性能测试与抗垢性能评定结果更全面。并且该套实验装置实现了结垢过程的可视化。 采用模拟硬水在污垢热阻动态监测装置上对CaCO<,3>于换热表面的结垢规律进行了系统的实验研究。实验考察了不同流速、硬度、碱度及温度等影响因素条件下换热表面的结垢过程，获得了渐近形的污垢热阻随时间变化曲线。随着流速的减小，流体温度、换热表面温度、硬度、碱度的增大，结垢速率增大，结垢诱导期减小，渐进污垢热阻增大。污垢的性能参数p<,f>λ<,f>，在380～2600kg·W/(m<4>·K)范围内变化，其数值随速度的增大而增大，随温度、硬度及碱度的增大而减小。导热系数λ，在1.7～2.2W/m·K范围内变化。 建立了碳酸钙于换热表面结垢的传热传质模型。模型中不仅考虑了换热表面的析晶污垢，同时也考虑了由于过饱和在溶液中成核而形成的颗粒污垢。对混合污垢的沉积与脱除分别予以表达，并将结垢过程的溶液及污垢特性应用其中。另外，本模型还根据换热器中垢层传热的特点综合考虑了结垢与温度场的耦合作用，得到了换热表面污垢热阻随时间变化的数值。模型预测结果与实验数据吻合得较好，其中95％的偏差不超过15％，说明预测模型是正确可靠的。利用新模型模拟了各主要因素对结垢过程的影响，并对污垢形成机理进行了分析。 对高压静电抗垢进行了静态与动态实验研究。从动态实验看出在浓度不大，温度不高的情况下，经高压静电循环处理后的模拟硬水在换热表面有较明显的抗垢效果。高压静电场处理由于增大了水分子的偶极矩，水偶极子将水中阴、阳离子包围，并按正负顺序呈链状整齐排列，使之不能自由运动，从而抑制了溶液中阴阳离子向换热表面扩散并反应而形成水垢，表现为静态实验溶液钙离子及电导率的增加。静态实验污垢晶体的扫描电镜结果表明，较低温度下溶液经高压静电处理后形成薄片状污垢晶体，附着力减小，不易在换热表面结垢：较高温度下高压静电处理促进污垢晶体的增长，溶液中的晶体与换热表面争夺溶液中的离子，从而起到抗垢的作用。另外，高压静电场对溶液处理存在一定的记忆效应。 对低压电子抗垢进行了系统的实验与机理研究。结果表明，低压电子处理对换热表面的结垢起到很好的抑制作用。本实验条件下，较低温度时，处理较高硬度的循环水，阻垢率也可超过90％；温度较高时，只要水溶液中没有悬浮颗粒，较低的电流也可达到非常好的抗垢效果。低压静电抗垢能主动降低溶液的硬度、碱度、电导率及pH值。由于被处理水中有微电流的存在，在电极附近发生电化学发应，有更多的垢质在电极附近的溶液或处理器的阴极积聚并生长，而不是沉积在换热表面，从而起到抗垢作用。处理器内部低压静电场的存在进一步增强了其抗垢效果。模拟工业水系统中大肠杆菌与碳酸钙在换热表面形成的混合污垢采用低压电子处理方法进行了实验研究，结果表明该方法具有同时抗垢和杀菌的功效，所以低压电子处理可以应用于不同行业的循环水处理系统中。