【摘要】：污垢是電力、化工等工業(yè)領(lǐng)域中的常見問題,如何阻垢除垢也是技術(shù)難題。多年來,磁場阻垢除垢作為一種水處理技術(shù)因其簡便、經(jīng)濟(jì)無污染等優(yōu)點得到了廣泛的研究。本文設(shè)計了一套雙極性脈沖磁場發(fā)生裝置,并對磁場發(fā)生裝置的氣隙磁場進(jìn)行了仿真分析。首先計算得到基于釹鐵硼N40的永磁體磁場發(fā)生裝置在水處理腔體產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻度Δ小于0.15%,滿足磁場阻垢實驗中磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻性的要求。然后,依據(jù)Maxwell方程組的基本理論,分析發(fā)現(xiàn),由多個扇形永磁體組裝成的圓環(huán)型磁場裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度不能通過基本的電磁場理論計算法列寫方程組進(jìn)行計算,必須通過數(shù)值計算的有限元法進(jìn)行求解分析。接著,運用ANSYS仿真得到了磁場發(fā)生裝置的水處理腔內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布規(guī)律,即在有效間距0.02m內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度一直保持在0.4T,并且當(dāng)圓環(huán)型裝置旋轉(zhuǎn)一周時,處理腔內(nèi)中心點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以從-0.4T到0.4T交替變化4次,從而在水管內(nèi)形成了磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.4T的雙極性脈沖磁場,并且垂直于水流方向。本文利用雙極性脈沖磁場發(fā)生裝置、循環(huán)水裝置和測量儀器研制了一套微型循環(huán)水多參數(shù)監(jiān)測的磁場阻垢實驗平臺。實驗平臺采用LabX軟件對pH值、電導(dǎo)率和溫度值進(jìn)行在線監(jiān)測,縮短了數(shù)據(jù)記錄的時間間隔,降低了人工記錄的工作量。通過預(yù)實驗驗證了阻垢實驗的可重復(fù)性。正交阻垢實驗的數(shù)據(jù)表明,阻垢效果最好的是初始鈣離子濃度為6mmol/L、脈沖磁場頻率為40Hz、循環(huán)水溫度為40°C時,此時阻垢率為49.33%。對正交阻垢實驗結(jié)果進(jìn)行方差分析,得到三因素三水平下對阻垢率的影響程度依次為脈沖磁場頻率、初始鈣離子濃度和水溫度,其中,最優(yōu)阻垢參數(shù)為初始鈣離子濃度5mmol/L、脈沖磁場頻率40Hz、循環(huán)水溫度40°C。實驗中發(fā)現(xiàn)pH值存在波動現(xiàn)象,且溫度越高波動越劇烈。最后,進(jìn)行了鈣離子濃度、電導(dǎo)率與時間的相關(guān)性研究,建立了基于脈沖磁場正交阻垢實驗的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并結(jié)合此模型與遺傳算法進(jìn)行了阻垢參數(shù)尋優(yōu)。結(jié)果表明,脈沖磁場對循環(huán)水溶液中離子的穩(wěn)定狀態(tài)有促進(jìn)作用,隨著頻率的升高,鈣離子達(dá)到平衡的時間越短。然后以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的預(yù)測模型為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù),進(jìn)行磁場阻垢實驗參數(shù)尋優(yōu),得到了一定范圍內(nèi)阻垢率的最大值84.37%,對應(yīng)的最佳阻垢實驗參數(shù)為磁場頻率77.5Hz;磁感應(yīng)強(qiáng)度0.395T;鈣離子初始濃度4.45mmol/L;溫度56.86°C。
[Abstract]:Fouling is a common problem in industry such as electric power and chemical industry. For many years, magnetic field scale inhibition and scale removal as a water treatment technology has been widely studied because of its advantages of simplicity, economy and no pollution. In this paper, a set of bipolar pulsed magnetic field generator is designed, and the air gap magnetic field of the magnetic field generator is simulated and analyzed. First, the magnetic induction intensity uniformity 螖 of the permanent magnet based on NdFeB N40 in the water treatment chamber is less than 0.15, which meets the requirement of uniformity of magnetic induction intensity in the magnetic field scale inhibition experiment. Then, according to the basic theory of the Maxwell equations, it is found that the magnetic induction intensity of the ring magnetic field device assembled by multiple sector permanent magnets can not be calculated by the basic electromagnetic theory calculation method. The finite element method must be used to solve the problem. Then, the distribution law of magnetic induction intensity in the water treatment cavity of the magnetic field generator is obtained by ANSYS simulation, that is, the magnetic induction intensity is kept at 0.4T within the effective spacing of 0.02m, and when the annular device rotates one week, The intensity of magnetic induction at the center of the cavity can be changed four times from -0.4T to 0.4T, thus a bipolar pulsed magnetic field with 0.4 T magnetic induction intensity is formed in the water pipe, which is perpendicular to the direction of water flow. In this paper, a magnetic field scale inhibition experimental platform for multi-parameter monitoring of miniature circulating water has been developed by using bipolar pulse magnetic field generator, circulating water device and measuring instrument. The LabX software is used to monitor the pH, conductivity and temperature online, which shortens the time interval of data recording and reduces the workload of manual recording. The repeatability of scale inhibition experiment was verified by pre-experiment. The results of orthogonal scale inhibition experiment show that the best scale inhibition effect is when the initial concentration of calcium ion is 6 mmol / L, the frequency of pulse magnetic field is 40 Hz, and the temperature of circulating water is 40 擄C, and the scale inhibition rate is 49.33. The variance analysis of the results of orthogonal scale inhibition experiment shows that the influence of three factors and three levels on the scale inhibition rate is in turn the frequency of pulse magnetic field, the initial calcium ion concentration and the water temperature. The optimal scale inhibition parameters are: initial calcium concentration of 5 mmol / L, pulse magnetic field frequency of 40 Hz, circulating water temperature of 40 擄C. It was found that the pH value fluctuated, and the higher the temperature was, the more violent the fluctuation was. Finally, the correlation between calcium ion concentration, conductivity and time is studied, and BP neural network model based on orthogonal scale inhibition experiment of pulsed magnetic field is established, and the scale inhibition parameters are optimized by combining this model with genetic algorithm. The results show that the pulsed magnetic field can promote the stable state of ions in circulating aqueous solution. With the increase of frequency, the time of calcium ion reaching equilibrium is shorter. Then the prediction model established by BP neural network is used as the fitness function of genetic algorithm to optimize the experimental parameters of magnetic field scale inhibition. The maximum scale inhibition rate of a certain range is 84.37. The optimum scale inhibition parameters are magnetic field frequency 77.5 Hz, magnetic induction intensity 0.395T, initial concentration of calcium ion 4.45 mmol / L, temperature 56.86 擄C.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ085.4

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本文編號：2164538