PDF《直流脉冲水处理系统感生电流解析建模及 激磁线圈优化》

size param- eters of excitation coil 收稿日期:

2011 -

04 -

13 基金项目: 黑龙江省自然科学基金( F200813) 作者简介: 韩勇( 1980―) , 男, 博士研究生, 研究方向为交变电磁场在水处理中的应用;

赵永平( 1964―) , 男, 博士, 教授, 博士生导师, 研究方向为信号检测理论及其应用、 多传感器信息融合技术;

柴鑫( 1985―) , 男, 硕士, 研究方向为微弱信号检测理论;

刘小龙( 1988―) , 男, 硕士研究生, 研究方向为变频信号源设计与应用.

0 引言水垢问题一直是困扰锅炉、 冷却塔等具有热 交换工作过程设备的主要问题, 该问题源于这些 设备对硬水的使用.直流脉冲水处理器是目前解 决水垢问题效果较为理想的电磁场水处理设备, 但截至目前, 该类处理器阻垢、 防垢的机理还没有 被人们所掌握, 在实际应用中如何根据实际情况 对系统进行控制, 并使之达到最佳处理效果还缺 乏必要的理论指导.目前, 有学者猜测, 直流脉冲 水处理器之所以能起到阻垢、 防垢的效果, 主要是 因为激磁线圈产生的交变磁场在溶液中感生出交 变电场, 由交变电场对水中的成垢离子进行作用, 从而改变了水垢的结晶过程和晶体结构, 阻碍了 水垢晶体在输水管壁上的附着 [1] .国内外有很多 学者根据上述对阻垢、 防垢机理的猜测, 对直流脉 冲水处理器的效果做了定性的实验研究 [2 - 7] .由 于目前这种只通过实验观察的方法缺乏必要的理 论指导, 因此对阻垢机理的研究很难深入.虽然 直流脉冲水处理器已经被广泛应用, 但普遍采用 扫频的方式工作, 以期望在扫频的过程中有某些 频率能符合待处理水体的要求, 这同样是缺乏理 论指导的表现.因此要想对直流脉冲水处理器的 阻垢机理深入研究, 就要进行定量研究. 由于溶液中感生出的交变电场是导致水垢离 子结晶状态发生变化的直接原因, 因此如何精确 控制感生电场的强弱是定量研究直流脉冲水处理 器阻垢、 防垢机理的前提和基础.感生电场的强 弱与直流脉冲水处理器激磁信号电压幅值和线圈 尺寸参数有关, 这些参数通过直接影响线圈内的 激磁电流, 进而影响激磁电流感生出的变化磁场, 并最终影响到变化磁场在溶液内感生出的交变 电场. 但截止到目前, 尚未有关于直流脉冲水处理系 统溶液中感生电流建模及激磁线圈尺寸参数与感生 电场作用强度之间定量关系的文献及研究成果发 表, 因此, 本文研究的目的是精确控制溶液中的感生 电场, 并且为激磁线圈的优化提供理论依据.本文 的主要工作为: 对直流脉冲水处理系统进行理论建 模, 推导水溶液中感生电流的表达式, 用感生电流的 大小衡量溶液中感生电场的大小;

同时, 推导感生电 场在水溶液中做功的平均功率表达式, 用平均功率 来衡量感生电场对水溶液作用的强弱, 并在此基础 上建立直流脉冲水处理器激磁线圈尺寸参数与平均 功率之间的关系的解析模型.

1 感生电流解析模型 1.

1 直流脉冲水处理系统工作原理 直流脉冲水处理器主要由信号发生器及激磁线 圈组成, 设备工作时, 由信号发生器对缠绕在输水管 线上的激磁线圈施加高频的直流脉冲信号, 由激磁 线圈在水管内感应出的交变电场对水溶液进行处 理, 其结构如图

1 所示.其中, 信号发生单元为激磁 线圈提供一定输出功率的方波激励信号, 其信号波 形如图