基于旋转电磁效应的循环水系统抑垢缓蚀机制研究

【摘要】： 从电机损耗与温升的反问题出发,利用电磁理论将输入的能量充分、有效地转换为热能,即将“损耗”转化为有效热能输出的动态电磁感应加热方法,构成高热效率的环保型旋转电磁热机,通过调节励磁绕组的电磁参数可以对旋转电磁场进行控制。利用可控电磁场对水媒质产生磁化效应,可以实现抑垢缓蚀。 在充分分析电机运行过程损耗的基础上,介绍了旋转电磁效应的技术实施以及数学模型。通过有限元模拟,分析了转速和铁心长度等因素对致热效率以及磁场分布等的影响。利用旋转电磁热机进行了致热实验,结果表明,该新型热机致热效果明显,并且使水媒质产生了一系列物理化学性质变化。水质变化机理主要是旋转电磁效应导致水中氢键断裂。当水的温升速度较快时,水质变化主要是温度引起;而在升温缓慢或无温度变化时,则以交变电场和交变磁场的协同作用为主。 热循环系统的工程应用表明,旋转电磁效应的抑垢效果良好,并且长时间运行后具有明显的降浊降硬作用。采用激光共聚焦显微镜、扫描电镜以及XRD等方法研究了水垢样的形貌及成分,分析了旋转电磁效应的抑垢机理,主要是旋转电磁效应一方面改变了水媒质的物理化学性质,另一方面影响了碳酸钙结晶过程,水垢样主要为霰石碳酸钙晶型,而蒸汽锅炉水垢样表面则主要为方解石碳酸钙晶型。 采用失重法对热循环系统用45钢和紫铜进行热流动腐蚀实验,结果表明,随着腐蚀过程的持续进行,45钢的腐蚀速度先下降后上升,紫铜的腐蚀速度下降,随后趋于平缓。成分分析表明,45钢和紫铜试样主要为基体及其氧化物。开始阶段试样表面氧化膜的形成减缓了腐蚀,随着氧化膜的脱落与溶解,腐蚀继续进行。通过试样表面腐蚀二维和三维形貌可以看出,45钢流过腐蚀过程为剥层腐蚀,紫铜流动腐蚀过程为孔蚀。 采用电化学腐蚀实验研究了45钢和紫铜在旋转电磁处理海水中的腐蚀电化学机理。极化曲线测试表明,旋转电磁效应对45钢和紫铜的缓蚀效率分别为16.66%和89.14%。通过扫描电镜照片可以看出,在旋转电磁处理海水中电化学腐蚀后试样表面比在3.5%NaCl溶液和人工海水中的试样要致密。成分分析表明,45钢试样表面腐蚀产物主要有Fe_2O_3、Fe_3O_4和FeCl_2·6H_2O,紫铜试样表面腐蚀产物主要有Cu_2O和CuCl_2。旋转电磁处理使溶液的溶解氧能力增强,使金属更容易地发生氧腐蚀,形成表面氧化膜,阻止了内部金属的继续腐蚀。 基于电化学腐蚀实验结果,分析了腐蚀电极/电解质溶液界面液相传质过程。对电极/电解质溶液界面双电层电容量进行了理论计算以及实验分析。根据腐蚀过程表面状态变化,基于高斯滤波建立了电极表面双电层基准面模型。通过所建立的模型,计算出流动腐蚀过程中金属表面真实的双电层吸附面积变化。