在金属矿山开采过程中,深部矿井形成大量涌水,造成了水资源和余热资源的浪费。以井下涌水为冷源的水源热泵系统,既能满足深部矿井高温工作面的降温需求,又可以对涌水进行二次利用。但涌水中含有一定杂质,当涌水流经水源热泵系统时,会在换热设备表面形成污垢,严重影响设备性能和使用寿命,所以要减少换热设备表面的污垢沉积量。但污垢种类较多,影响污垢沉积的因素复杂,不同污垢的沉积过程也存在差异,因此需要结合污垢沉积的环境来研究污垢沉积特性。本文首先基于某黄金矿山井下大量涌水的现状,选用以涌水为冷源的井上水源热泵系统,结合制冷循环热力图和制冷剂热力性质表,确定了热泵系统中制冷循环的相关参数和各主要状态点的参数,并对制冷循环中壳程流涌水的管壳式换热器进行设计计算,得到了管壳式换热器的结构参数和传热参数。然后基于管壳式换热器设计计算结果,建立了管壳式换热器壳程流体域的三维模型,对不同入口流速下壳程单向流的传热与流动进行了数值计算。结果表明,换热器壳程流体的温度分布、压力分布与速度分布对应。流体在各流程间呈“S”形流动,沿流动方向,流体温度逐渐升高、压力逐渐减小,折流板缺口前后速度、温度和压力分布差异明显。换热器x=0.1m、x=0.3m、x=0.5m截面内速度、温度和压力分布都沿z轴对称。此外,采用以等泵功为约束的综合性能参数,对换热器的性能进行综合评价。最后,根据拉格朗日法的颗粒运动方程和动量守恒原理,建立颗粒输运模型和颗粒沉积模型,并编写颗粒沉积判定UDF,利用UDM统计颗粒沉积数。基于管壳式换热器传热与流动的数值模拟结果,研究了不同入口流速和不同粒径工况下,三段流程内颗粒总沉积率的变化规律、各排管束间颗粒沉积特性以及管束上下侧沉积分布特性。结果表明,入口流速越大、粒径越大,换热器内颗粒总沉积率越小;不同工况下,第二段流程内颗粒总沉积率都大于第三段;不同粒径范围内,入口段与第二段或第三段管束间颗粒沉积率大小不同。三段流程内各排管束间的颗粒沉积呈现非线性特征,不同流程内各排管束间沉积量的变化趋势不同,主要受粒径影响;最大沉积量所在管排位置由入口流速和粒径共同作用;入口流速较小时,大粒径颗粒在各段管束间的沉积分布受折流板缺口的影响程度更大。不同流速和粒径工况下,颗粒主要沉积在管束上侧;入口流速相同时,粒径越大,各排管束下侧颗粒沉积量所占比重越小;当入口流速增大时,不同粒径的颗粒在各排管束上下侧的沉积分布不同。