节约能源和保护环境是世界各国关注的重点问题,建设资源节约型社会已成为我国未来发展战略。热泵技术具有大幅度降低传统化石燃料消耗、解决建筑供暖空调热能供应问题的优势,已在我国建筑领域、特别是北方城市供热领域得到了大规模的应用。污水源热泵在北方城镇供热中较其它类型的热泵具有明显的优越性,更适合在我国北方城镇供热领域推广应用。目前,污水源热泵技术在实际工程应用中也存在着以下亟待解决的问题。首先,对城市尺度的原生污水的温度、浓度、密度、粘度、导热系数和比热等在污水源热泵技术开发和应用中具有非常关键作用的热物性参数的研究仍然很少,亟待开展城市尺度城市原生污水热物性的研究;其次,现有的污水源热泵工程几乎都是中介水系统,这无疑降低了城市原生污水低品位热能资源开发利用效率,非常有必要研究开发城市原生污水能够直接进入热泵机组的污水源热泵技术和专用设备,亟待研究原生污水在蒸发器管束内外传热问题及污水源热泵系统设计方法问题。为此,本文将以城市原生污水能够直接进入热泵机组的新型污水源热泵技术的研究开发为目标,在系统地综述国内外研究进展的基础上,将采用现场调研、理论分析、试验研究相结合的研究方法,研究以沈阳市为例的城市尺度原生污水热物性关键参数测试和建模方法,提出适于城市原生污水直接进热泵机组的新型污水换热技术和设备——立式管壳式污水蒸发器,研究污水在立式蒸发器内对流换热特性及该类污水源热泵系统设计方法,具体内容如下。首先,本文以沈阳市为例,系统地研究了城市尺度原生污水取样及温度、浓度、PH值、密度、粘度、导热系数和比热等7个关键参数测试方法,建立了原生污水密度、粘度、导热系数和比热等4个热物性参数与污水温度和浓度的二元回归数学模型,确定了常温下沈阳市三类原生污水普朗特数、热扩散系数和运动粘度工程应用参数表,对比分析了各类原生污水热物性参数变化规律。其次,针对目前污水换热器中污垢热阻生长模型的研究主要考虑污水温度场和速度场、很少考虑污水浓度对污垢热阻生长规律的影响问题,本文从传质角度对管内污水流动特性进行了分析,理论研究了污水在管内速度场与浓度场的分布规律,分析了污水浓度场对污垢热阻生长规律的影响特性,最终建立了综合考虑污水温度、流速、浓度等关键参数的管内污水污垢热阻生长模型。第三,为试验研究垂直管内污水对流换热、内壁污垢热阻、制冷剂在垂直管束外沸腾换热等关键问题,本文分析了立式管壳式污水蒸发器垂直管束内外流动换热试验原理,提出了试验方案,设计并建设了立式管壳式污水蒸发器垂直管束内外流动换热特性试验系统,完成了试验系统调适和试验精度分析,为后续的试验研究提供了试验条件。第四,利用所建立的立式污水蒸发器流动换热特性试验系统,试验研究了立式污水蒸发器换热管束在清水工况和污水工况下的换热性能,基于试验数据,研究并建立了立式污水蒸发器管外沸腾换热系数模型、立式污水蒸发器管内污水对流换热系数模型以及管内污水侧污垢热阻生长模型,为开发立式污水蒸发器及热泵系统提供试验依据。最后,面向城市原生污水直接进热泵机组的新技术发展需求,提出了多立式蒸发器并联（多压缩机并联）的立式蒸发器污水源热泵系统形式,建立了该类热泵系统关键部件及工质数学模型和热泵系统设计数字仿真系统;以双立式蒸发器双压缩机并联污水源热泵机组开发为例,以冷凝器面积、蒸发器面积和蒸发器长径比为关键参数,研究了该类热泵系统及设备正交仿真试验设计方法。本文的研究为解决城市尺度原生污水热物性问题,提供了具体的污水取样、检测、测试和建模方法,对进一步开发污水源热泵新技术、大规模深度开发利用北方城市原生污水热能、促进北方城市清洁供暖工作发展,具有重要理论意义;对研究揭示垂直换热管内外换热特性、管内污水污垢热阻生长规律、研究开发适于城市原生污水直接进热泵机组的污水源热泵新技术,提供了基础性数学模型、试验数据和研究方法,具有重要的学术价值。本文的工作对促进我国北方城市采用污水源热泵技术实现清洁供暖、研发新型污水源热泵技术和设备,具有重要的应用价值和市场前景。