随着我国经济快速发展,对能源需求量逐年上升。传统的燃煤锅炉不仅不可避免的产生大量的烟尘,造成雾霾等空气污染,并向大气中排放大量温室气体,而且热能级不匹配,煤是高品位能源,燃烧时温度可达上千度,而建筑物供暖需求只需要维持18?C。二级出水属于低品位能,环境友好,水量巨大,蕴含了巨大的能量,能够满足供暖需求。热泵一般采用直接提取和间接提取二级出水热量,而在直接提取过程中由于二级出水水质复杂容易腐蚀热泵机组,对机组长期运行不利;在间接提取中,目前运行的换热器中普遍存在换热系数不高、污垢生长过快或者运行费用偏高,没有按照污垢生长的特点进行运行。污水厂出水虽然达到了二级出水排放标准,但是取水口水质并非十分干净,比如用水高峰期污水量超过污水厂处理能力,以及下雨天导致污水量猛增,污水厂将采取直接溢流排放的措施,在这些情况下排放水中大尺度杂物都会增加。为了使系统长期运行,保护热泵机组,主要对间接式系统进行研究,对于二级出水这种污杂物水质不稳定的特点,对板式换热器采用宽流道的结构形式,可以有效防止阻塞情况的发生,并通过结构优化达到高传热的目的。首先,本课题对宽流道板式换热器进行建模,使用计算流体软件FLUENT进行模拟,采用平均努谢尔数的方法来衡量换热效果,验证了模拟结果的可靠性,采用雷诺数分离法拟合出相关传热准则方程和欧拉方程。其次,通过研究二级出水生物黏膜的组成和特性,对换热器污垢生长影响因素进行分析,将生物膜污垢分为生长期和稳定期。在生物膜增长期,由污垢积聚预测模型得出污垢热阻生长的渐近型方程;在生物膜稳定期,拟合了污垢厚度和流速的关系,以此可以求出相关流速下的污垢热阻值。从板式换热器的传热原理和热力计算原理出发,推导了换热器面积计算、对数平均温差、总传热系数以及流动阻力的计算公式,结合污垢热阻渐近型方程,开发了二级出水换热器设计软件,该软件能够对换热器污垢生长进行预测。最后,利用数值模拟对换热器结构进行优化分析,综合传热和流动特性27mm的流道间距比较好;运用三项指标对换热器不同板间距受污垢的影响进行评价,结合污垢生长特点得出如下结论:二级出水侧最佳运行流速为0.5~0.6m/s之间;通过变化蒸发器出水温度,对比各项参数可知,当蒸发器出水温度为8℃时,三项指标更好。