地热水换热设备的结垢和腐蚀是地热利用过程中存在的两个突出问题，本文采用溶胶凝胶法对换热面进行表面改性，旨在解决结垢和腐蚀问题。在进行地热水开发利用前需要对其腐蚀和结垢特性进行初步研究和判断，为后续的工程研究开发提供基础指导。本文针对取自山西某两地的两种地热水，分别应用Larson指数和Langelier饱和指数，对其腐蚀和结垢趋势进行了分析计算，并提出了Langelier饱和指数新模型。然后分别在316不锈钢、紫铜和20#碳钢基底上进行了静态浸渍实验，并考察了两种地热水浓缩后的结垢状况。结果发现，A种地热水样为强腐蚀、微结垢型地热水，B种地热水样为更强腐蚀、严重结垢型地热水，新模型能准确预测两种地热水的结垢趋势。然后，研究了原料配比、提拉速度等镀膜工艺对溶胶和涂层性能的影响，采用优化工艺在20#碳钢和304不锈钢基底上制备了微纳米SiO₂、TiO₂及其疏水涂层，并对涂层的表面形貌和元素组成、表面粗糙度、涂层厚度、静态接触角及表面自由能进行了表征，通过静态浸渍实验考察了20#碳钢基底上SiO₂及其疏水涂层在3.5%NaCl溶液中的防腐蚀效果。结果表明，FPS掺杂不但可以消除SiO₂涂层表面产生的凹点等缺陷，而且可明显提高涂层的疏水性能，降低其表面自由能；磷化预处理可明显提高SiO₂涂层对碳钢基底的腐蚀防护性能，然而疏水处理过程中F元素的引入在一定程度上加速了20#碳钢基底的腐蚀，从而限制了其在地热系统中的应用，其对304不锈钢的影响有待进一步考察。最后，建立了一套板式换热实验装置，采用误差传递法对装置的稳定性和可靠性进行了分析，采用Wilson plot法对流体侧的对流换热系数进行了估算，确定了两侧流体的努赛尔准数关联式，采用模拟地热水为热流体，自来水为冷流体，对比考察了304不锈钢板片和TiO₂涂层表面的污垢热阻随时间的变化情况。结果发现，实验条件下装置的最大热平衡相对误差低于7%，总换热系数的不稳定性低于6%，且随着热负荷的增大而减小；Wilson plot曲线的线性相关性达到0.99以上，结合努赛尔准数关联式和总换热系数可进一步得到污垢热阻和污垢层的厚度；TiO₂涂层对304不锈钢板片的换热系数影响不大，经TiO₂涂层涂覆后，板片的污垢诱导期延长至14.3倍，渐近污垢热阻减小为7.9%，TiO₂涂层具有一定的防垢效果。