管道内壁结垢的问题长期困扰着各行各业的生产,使得工业事故频繁发生,不仅造成了巨大的经济损失,而且对环境有很大的污染。在国家建设节约型社会和提倡“节能减排”的大背景下,这个问题的解决就更加迫切了。新兴的超声波管道防除垢技术以其具有环保、效果佳、低成本、无腐蚀、质量高、装置简单、易于实现遥控或自动化等优点,成为突破管道内壁结垢问题的一种新的高效技术。论文分析了管道中垢物形成的机理,在此基础上分析出了超声波用于管道防垢除垢的主要效应原理和影响空化场的因素,并提出了管道防除垢效果的评价方式。对时下普遍采用的换能器垂直安装引入垂直声束的方式进行讨论,将这种超声波防除垢技术理论化,并针对垂直入射方式存在的驻波场干扰问题,提出了以流体紊流和变频周期大于单位处理时间为条件的变频工作的解决方案。引入管道Lamb波理论,并通过满足角度条件的楔形声导和满足一定频率的超声波换能器组成的管道Lamb系统,实现了拥有一定能量的超声波倾斜入射到管道媒质内,从而形成了管道Lamb波。经过理论分析和验证,证明这种方法使管道流体中空化场至少可以增加2h·c_l sinθ/（c²-c_l² sin²θ）^1/2的长度,提高了对管道中污垢的防除能力,是一种值得进一步研究和推广的应用方法。论文还提出了一种采用声致发光成像法、水听器法与CHNN、B-P神经网络相结合的研究超声空化场的新方法。此方法利用阵列式光学传感器和水听器分别获取空化场声致发光强度数据和声压值,其中声致发光强度数据作为投影信息直接输入训练好的CHNN神经网络进行聚类分析识别,并根据Hamming距离而按照择近原则来判定分布类型,而声压值输入训练好的B-P神经网络进行强度预测分析,从而达到对超声空化场研究的目的。最后,通过实验室中设计的各项针对性实验,以及工厂使用情况的分析整理,得到了超声波应用于管道污垢防除中的各项参数选择的依据和驻波场消除方法,也证明了倾斜入射方式比垂直入射方式的效果更好、更经济。同时,神经网络应用于超声波空化场的方式,也为超声空化场的研究提供了一种新的思路。超声波对管道防垢除垢的应用尚属起步阶段,本文的研究是在该领域的一个比较有价值的探索,也取得了一定的成果,对以后的研究和应用起到一个抛砖引玉的作用。