基于电磁场的除垢、防垢技术研究

论文摘要

污垢的存在会降低设备的性能,给工农业生产带来巨大的经济损失。传统的除垢、防垢方法存在污染环境、作用效果差、费用高等缺点。而电磁场除垢、防垢技术因具有使用简单、无污染等优点受到广泛关注。本文详细阐述了电磁场除垢、防垢的作用原理以及影响其处理效果的各种因素。在此基础上,利用复杂可编程逻辑器件（CPLD）、Flash存储器、大功率开关元件,借助于EDA工具研制了电磁场除垢、防垢装置,该装置能够产生单一频率信号和扫频方波信号,这两种信号可以通过外部的档位选择开关进行切换,其幅度和频率均可调节以满足实验研究的要求。利用研制的电磁场除垢、防垢装置,以碳酸钙（CaCO3）为研究对象,进行了静态实验研究。采用配位滴定法测出了对碳酸钙溶解度、结晶速度影响较大的电磁场频率和幅度,并利用电子显微镜从微观上观察了碳酸钙（CaCO3 ）晶体结构的变化。在实验室搭建了一套完整的循环管道系统,利用在静态实验中找出的防垢效果较好的频率点组成扫频方波信号,采用模拟结垢、挂片实验、动态实验等实验方法,研究了扫频方波信号对不同水体的动态除垢效果。研究表明:在外加交变电磁场作用下碳酸钙（ CaCO3）的溶解度、结晶速度、晶体结构都会发生明显变化,而且作用效果随着外加电磁场频率、幅度的改变而改变。所选用的扫频方波信号对人工模拟硬水的作用效果较好,其除垢率能达到90%以上;而对于油田水样,除垢效果相对弱些,其除垢率不超过60%。综上所述,电磁场对除垢、防垢具有较明显的作用,其效果和外加信号频率、水体成分有很大关系,因此针对不同的环境,可根据具体情况加以调节以求达到最佳效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 节约能源
• 1.1.2 利于环保
• 1.1.3 降低费用
• 1.2 常用的除垢、防垢方法及其比较
• 1.2.1 化学除垢
• 1.2.2 物理除垢
• 1.2.3 电磁场除垢
• 1.3 电磁除垢、防垢技术的国内外研究现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 电磁场除垢、防垢技术的相关理论
• 2.1 污垢的形成过程及影响因素
• 2.1.1 晶核形成
• 2.1.2 晶体生长
• 2.1.3 晶体聚集
• 2.1.4 污垢形成过程的影响因素
• 2.2 电磁场除垢、防垢理论
• 第3章 电磁场除垢、防垢装置的设计
• 3.1 概述
• 3.2 控制电路设计
• 3.2.1 方案选取
• 3.2.2 下位机硬件电路设计
• 3.2.3 下位机软件设计
• 3.3 逆变电路设计
• 3.4 大功率电源设计
• 第4章 电磁场除垢、防垢装置的上位机软件设计
• 4.1 波形输入界面设计
• 4.2 上位机与下位机的并行通信程序设计
• 4.2.1 PC机并行口特性
• 4.2.2 并行通信程序设计
• 第5章 静态防垢实验研究
• 5.1 静态实验的目的和实验装置
• 5.2 实验测量方法及原理
• 2+浓度的测量'>5.2.1 Ca²⁺浓度的测量
• 5.2.2 晶体颗粒的观察
• 5.3 方波幅度固定而频率改变的抗垢实验研究
• 3 溶解度的影响'>5.3.1 电磁场频率对CaCO₃溶解度的影响
• 3 结晶速率和晶体结构的关系'>5.3.2 电磁场频率与CaCO₃结晶速率和晶体结构的关系
• 5.4 方波频率固定而幅度改变的抗垢实验研究
• 3 溶解度的影响'>5.4.1 电磁场幅度对CaCO₃溶解度的影响
• 3 结晶速率和晶体结构的关系'>5.4.2 电磁场幅度与CaCO₃结晶速率和晶体结构的关系
• 5.5 静态实验结果分析
• 第6章 动态除垢实验研究
• 6.1 动态实验装置及实验步骤
• 6.2 扫频信号的选取
• 6.3 利用人工模拟硬水进行的动态实验研究
• 6.4 利用油田水样进行的动态实验研究
• 6.5 实验数据分析
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢