污垢是电力、化工等工业领域中的常见问题,如何阻垢除垢也是技术难题。多年来,磁场阻垢除垢作为一种水处理技术因其简便、经济无污染等优点得到了广泛的研究。本文设计了一套双极性脉冲磁场发生装置,并对磁场发生装置的气隙磁场进行了仿真分析。首先计算得到基于钕铁硼N40的永磁体磁场发生装置在水处理腔体产生的磁感应强度均匀度Δ小于0.15%,满足磁场阻垢实验中磁感应强度均匀性的要求。然后,依据Maxwell方程组的基本理论,分析发现,由多个扇形永磁体组装成的圆环型磁场装置的磁感应强度不能通过基本的电磁场理论计算法列写方程组进行计算,必须通过数值计算的有限元法进行求解分析。接着,运用ANSYS仿真得到了磁场发生装置的水处理腔内磁感应强度分布规律,即在有效间距0.02m内磁感应强度一直保持在0.4T,并且当圆环型装置旋转一周时,处理腔内中心点处的磁感应强度可以从-0.4T到0.4T交替变化4次,从而在水管内形成了磁感应强度大小为0.4T的双极性脉冲磁场,并且垂直于水流方向。本文利用双极性脉冲磁场发生装置、循环水装置和测量仪器研制了一套微型循环水多参数监测的磁场阻垢实验平台。实验平台采用LabX软件对pH值、电导率和温度值进行在线监测,缩短了数据记录的时间间隔,降低了人工记录的工作量。通过预实验验证了阻垢实验的可重复性。正交阻垢实验的数据表明,阻垢效果最好的是初始钙离子浓度为6mmol/L、脉冲磁场频率为40Hz、循环水温度为40°C时,此时阻垢率为49.33%。对正交阻垢实验结果进行方差分析,得到三因素三水平下对阻垢率的影响程度依次为脉冲磁场频率、初始钙离子浓度和水温度,其中,最优阻垢参数为初始钙离子浓度5mmol/L、脉冲磁场频率40Hz、循环水温度40°C。实验中发现pH值存在波动现象,且温度越高波动越剧烈。最后,进行了钙离子浓度、电导率与时间的相关性研究,建立了基于脉冲磁场正交阻垢实验的BP神经网络模型,并结合此模型与遗传算法进行了阻垢参数寻优。结果表明,脉冲磁场对循环水溶液中离子的稳定状态有促进作用,随着频率的升高,钙离子达到平衡的时间越短。然后以BP神经网络建立的预测模型为遗传算法的适应度函数,进行磁场阻垢实验参数寻优,得到了一定范围内阻垢率的最大值84.37%,对应的最佳阻垢实验参数为磁场频率77.5Hz;磁感应强度0.395T;钙离子初始浓度4.45mmol/L;温度56.86°C。