金属管道内部循环冷却水的结垢现象一直是困扰人们的问题,特别是在化工、石油、冶金、电力等行业尤其严重。结垢一方面会降低换热设备的传热效率,增加能源消耗;另一方面将会缩短设备寿命,引起生产事故。因此,开展除垢方面的技术研究及应用具有非常显著的经济效益和社会效益。目前,换热设备的除垢方法一般分为机械方法和化学方法两种,每种方法都有自身的适用场合及优势,但对它们的综合除垢效益评价均不甚理想。近年来,人们不断探索和研究新的除垢方法,超声波除垢法由于其良好的综合除垢效益而得到了越来越广泛的应用。当超声波作用于流体媒质时,将产生一系列的物理和化学效应,使得流体中的成垢物质在超声场作用下其物理形态和化学性质均发生改变而被分散和粉碎,从而达到除垢的目的。超声波作用于流体时的空化效应是其除垢的主要机制,即指存在于液体中的微小气泡在超声波由于纵向传播而形成的正负压强交替作用下持续受到拉伸或压缩,当声压达到一定值时发生的气泡生长与崩溃的动力学过程。本文对空化气泡的Rayleigh模型方程进行了数值分析,用以研究声场频率、声场声压、液体温度和液体粘滞系数等参数变化时对空化作用的影响关系,并绘制了相应的变化曲线,由此从理论上得到了获得较好空化效果的参数选取原则,即较低的超声频率、较高的超声功率、合适的液体温度、较低的液体粘滞系数有利于获得更好的空化效果。超声波除垢效果还受实际工况、流体参数、布置形式等因素影响,本文对凝汽器模型进行了双向流固耦合分析,在实际工况、流体参数一定的情况下,研究了不同的超声激励作用位置对流场压力分布及变化趋势的影响关系,提取了相应的运算结果云图并进行了对比分析,分析结果表明通过改变激励作用位置能够获得不同的除垢效果,即换能器的作用数量和作用位置对除垢效果有影响,通过理论分析和仿真研究的方法对换能器的数量和焊接位置进行优化设计能够获得最佳的除垢效果。