复合型电磁场阻垢杀菌系统的研制与实验研究

摘要

在工业循环冷却水系统中，腐蚀与结垢是影响热交换设备换热效率及使用寿命的主要因素，严重时会影响工业生产的正常进行。在对现有的水处理技术进行分析研究后，本文提出了一种复合型电磁场水处理技术，该方法将高压低频陡脉冲信号和高频低压信号相结合，利用各自在水中产生的物理和化学效应来对循环冷却水系统中的化学垢和生物垢进行处理。本文还设计了一套信号发生器及其处理腔，并在自制的循环冷却水系统中进行实验，证实了该方法的可行性和有效性。
　　 首先，成功研制了高压陡脉冲发生器和高频低压脉冲发生器。高压陡脉冲发生器输出的脉冲信号，上升时间可以达到80ns，脉冲电压可以达到15kV。高频低压脉冲发生器输出信号频率可以在2MHz到500kHz进行变化，输出电压最高可以达到100V。同时我们还分别制作了用于高压陡脉冲处理和高频脉冲处理的处理腔，并利用电磁场仿真软件对其内部电磁场分布进行了分析，从而指导处理腔结构的进一步完善。
　　 然后，设计了三套不同的实验系统用于该方法的可行性研究和机理研究。为了对水处理过程中的各种参数进行实时检测，还设计了一套检测装置，用于检测实验中的电导率、PH值、温度等参数的变化。
　　 最后，在自制的循环冷却水系统中进行了以下四类实验：
　　 1)微生物杀灭实验。在高压陡脉冲作用下，通过检测循环水系统中不同时间点的活细菌数量变化来验证杀菌的效果。实验结果表明：高压陡脉冲对于微生物的杀灭率可以达到91％，证实了陡脉冲电磁场在水处理应用中的可行性和有效性。
　　 2)高频脉冲阻垢实验。通过对比在高频脉冲作用和不作用情况下，同一参照物上的结垢量以及垢的松散程度来验证阻垢效果。实验结果表明：高频脉冲的阻垢率可以达到71％，证实了在循环水系统中的良好的阻垢性能。
　　 3)高频脉冲除垢实验。该实验用于检验高频脉冲对已经形成的水垢的影响。实验结果表明：高频电磁场对已经生成的水垢也有很强的去除作用。
　　 4)高频脉冲的阻垢和除垢机理实验研究。通过测量不同频率下的溶液电导率变化，寻找信号频率与电导率变化之间的关系，从而确定频率对阻垢效果的影响。由于多种因素的影响，本阶段性实验没有找到信号频率与电导率之间的规律性关系。还需要更完善的实验方案设计来确定各电磁参数和环境条件，以实现良好的阻垢效果。
　　 实验结果表明，复合型电磁场水处理技术可以对水中的微生物和水垢进行有效地处理，对于解决工业循环冷却水系统中腐蚀与结垢的问题具有良好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2水垢和生物粘泥的形成原因

1.2.1析晶污垢

1.2.2生物污垢

1.3国内外研究现状

1.3.1化学法

1.3.2物理方法

1.4研究内容

2复合型电磁场阻垢杀菌系统的基本原理

2.1复合电磁场阻垢杀菌的机理

2.1.1高压陡脉冲电场杀菌的机理

2.1.2高频脉冲电磁场阻垢的机理及电磁模型

2.2复合电磁场阻垢杀菌方法的优点

2.3本章小结

3循环水模拟实验系统的设计与研制

3.1高压低频陡脉冲发生器

3.1.1高压陡脉冲发生器实现方式

3.1.2高压低频陡脉冲发生器的设计

3.2陡脉冲处理腔的设计

3.3高频低压脉冲发生器

3.3.1高频低压脉冲信号的实现方式

3.3.2高频低压脉冲发生电路的设计

3.3.3信号检测电路

3.4高频水处理腔的设计

3.5循环水实验系统及相关实验装置的设计

3.5.1小型循环水系统设计

3.5.2微型水循环系统

3.5.3阻垢和除垢机理实验装置

3.6本章小结

4实验设计

4.1徽生物杀灭实验

4.1.1细菌的计数法

4.1.2菌落计数

4.1.3灭菌率的计算

4.2化学垢阻垢实验

4.3高频低压脉冲除垢实验

4.4高频电磁水处理技术机理分析实验

4.4.1第一阶段实验

4.4.2第二阶段实验

4.5本章小结

5结论与展望

5.1总结

5.2后续工作展望

致 谢

参考文献

附录：A.作者在攻读学位期间发表的论文目录