工业循环水高频电磁场阻垢机理和试验研究

论文摘要

在工业循环冷却水系统中,污垢的存在给换热设备的设计和运行造成了巨大的经济损失,并且传统的阻垢方法存在二次污染环境、作用效果差、成本高等缺点。而电磁场阻垢技术具有使用方便、无污染、成本低等其他方法不可比拟的优点,基于其重要的研究价值和应用前景而受到广泛的关注。本文详细阐述了高频电磁场阻垢、除垢的基本原理以及影响其处理效果的各种因素,通过分析总结,提出了若干重要的影响因素。基于此,设计了一套高频电磁阻垢装置,实现对主要参数进行测量,输出频率在一定范围连续可调的单一频率和扫频信号,通过开关可以转换为正弦波和方波以及三角波,以满足试验研究的要求。通过相关文献的查阅,自行设计了一套静态和动态循环管道系统,利用自主研制的电磁场除垢装置,以碳酸钙（ CaCO3 ）为研究对象,进行了静态和动态循环水试验研究。通过对溶液电导率、pH值、Ca 2+浓度等相关理化参数的测量,研究高频电磁场频率对碳酸钙溶解度、结晶速度的影响。并利用电子扫描显微镜从微观上观察了CaCO3晶体结构的变化。同时,利用挂片法测量高频电磁场处理前后垢样的质量和形状的变化。研究表明:外加高频交变电磁场作用后, CaCO3的溶解度、结晶速度、晶体结构等都会发生明显变化,而且作用效果随着外加电磁场频率的变化而变化。高频电磁场处理后部分CaCO3晶体结构由原来的方解石变成了文石,并且随着处理时间的延长,效果更加明显。此外,阻垢效果还与输出频率和Ca 2+浓度有关,输出频率并不是越高越好,而Ca 2+浓度不宜超过5mmol/L。最后,我们人工模拟了硬水的动态除垢试验,阻垢率可以达到71%,试验后,无论从重量和外形上都表明电磁场具有有效的除垢作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 循环冷却水系统的污垢形成原因和分类
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 化学方法
• 1.3.2 物理方法
• 1.4 研究内容
• 2 高频电磁场阻垢的相关理论
• 2.1 污垢的形成过程
• 2.1.1 晶核的形成
• 2.1.2 晶体生长
• 2.1.3 晶体聚集
• 2.2 影响污垢形成的因素
• 2.3 高频电磁水处理装置的电磁模型
• 2.4 频谱分析
• 2.5 高频电磁水处理的机理
• 3 变频水处理装置的设计
• 3.1 直流稳压电源设计
• 3.2 信号检测电路
• 3.2.1 测量参数的选择
• 3.2.2 检测电路的设计
• 3.3 高频信号发生电路
• 3.3.1 DDS 的基本原理
• 3.3.2 DDS 芯片
• 3.3.3 滤波模块
• 3.4 功率放大部分
• 3.5 软件设计
• 3.6 本章小结
• 4 静态阻垢试验研究
• 4.1 静态试验的目的和试验装置
• 4.2 试验的测量方法和原理
• 4.2.1 电导率的测量
• 4.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 4.3 不同频率下的阻垢试验研究
• 4.4 不同钙离子浓度下的抗垢试验研究
• 4.5 电磁场处理后的记忆效应
• 4.6 扫描电镜SEM
• 4.7 静态试验结果分析
• 5 动态循环水防垢、除垢的试验研究
• 5.1 动态试验装置和试验步骤
• 5.2 电磁场对溶液相关理化参数的影响
• 5.3 利用人工模拟硬水进行的动态除垢试验研究
• 5.4 动态试验结果分析
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录