随着能源消费的日益增长,污水源热泵技术越来越受到人们的关注。但在污水源热泵技术的工程实践中发现,污水源热泵系统管道污垢的严重沉积,导致管道阻力增大,管内换热系数严重下降,从而导致系统整体运行效率低下。除此以外,污水源热泵系统设计计算时,缺乏相关计算参数,例如污水管内流动的沿程阻力系数和管内换热系数。本文以污水管内流动和换热为对象,研究在污垢底层作用下的污水管内湍流流动和换热规律,为污水源热泵工程系统设计提供合理的设计参数。该研究对推进国家可持续化绿色发展、促进污水源热泵技术、进而推动污水源热泵量大面广的应用具有重要意义。首先,针对城市污水干渠中的原生污水,通过测试分析了原生污水中污杂物的有机成分和无机成分,测试了污水及污杂物的密度、导热系数、粘度及比热等相关参数,并对悬浮污杂物颗粒粒径分布进行研究;其次,通过实验研究了污水管内流动阻力和污垢生长特性;并通过图像法测试了稳定沉积在污水管内表面的污垢层的形貌特征,确定了污垢底层作用下换热管表面的壁面粗糙度;第三,建立了原生污水管内湍流流动和换热数学模型,通过实验数据验证了模型的适用性。通过数值模拟研究了污垢底层作用下原生污水管内湍流流动特性、固相浓度分布特性及管内换热特性,建立了污水管内流动阻力和表面换热系数的数学模型,分析了污水流动速度、污杂物浓度对管内流动阻力和换热的影响。