复合电磁脉冲的不可逆击穿杀菌灭藻与液相析晶阻垢除垢机理

以火电厂循环冷却水系统中析晶水垢和生物粘泥产生的机理研究为基础，针对电导率、介电常数、硬度、成垢离子浓度、灭菌率等参数进行生物、化学实验与检测以及数据分析，确定经复合电磁脉冲处理后在循环冷却水中产生的活性物质种类，检测水分子结构、水活性持续时间、细菌存活率、藻类细胞结构以及碳酸钙晶体结构与Ca2+离子浓度的变化。同时，结合动力学数学模型和电路模型的建立与电磁场仿真，研究低压高频和高压低频复合电磁脉冲抑制或者消除水垢与生物粘泥的作用机理，通过最优化算法，确定能实现有效处理的电磁参数与检测指标。.本研究旨在完善电磁水处理法灭菌与除垢的理论体系，有效防治循环冷却水系统中的污垢降低换热与微生物腐蚀管道等作用，并促进该项节能环保新技术的推广应用，在火力发电、有色冶炼、污水处理等行业的工业循环用水设备及管道的防污除垢处理中发挥重要的作用。

研究火电厂循环冷却水系统中析晶水垢和生物粘泥产生的机理，旨在完善电磁水处理法灭菌与除垢的理论体系，研制成功脉冲电源与处理腔等装置，有效解决循环冷却水系统中的污垢降低换热与微生物腐蚀管道等难题。.主要研究内容与成果：.1）两种脉冲电源与实验系统的研制：结合Marx发生器和全固态IGBT的高压低频脉冲装置与微型循环水灭菌系统；基于单片机-逆变器的低压高频脉冲装置与微型循环水阻垢除垢系统，已基本满足实验需要。.2）实验研究：针对电导率、PH值、钙离子浓度、Caco3晶体粒度大小与形貌、灭藻率、灭菌率等参数进行生物、化学实验检测以及数据分析，确定经高压低频电磁脉冲水处理后的灭菌率、叶绿素a含量的变化率（反映灭藻率）。确定经低压高频电磁脉冲水处理后的碳酸钙晶体结构与Ca2+离子浓度的变化。结论为：①以大肠杆菌为处理对象，利用平板计数法检测灭菌率，证实了高压低频脉冲的有效灭菌；②明确了脉冲处理时间、电压和频率对灭藻效果的不同影响程度。③研究对比了高频脉冲的幅值和频率以及不同水质对阻垢效果的影响，明确了同轴式和螺旋管式处理腔分别达到最佳阻垢效果时的脉冲参数。同时，进行了同轴处理腔的扫频实验，扫描频率在 350kHz~450kHz 时阻垢率达到66.9%，比固定频率的阻垢效果更好。最后进行了除垢实验，数据表明高频电磁水处理器具有良好的除垢效果。.3）建模与仿真：①建立细胞三层结构模型，以及带有上升沿的指数衰减脉冲和方波的数学模型，仿真分析了细胞膜对脉冲电场的频率响应、指数衰减脉冲上升沿对电穿孔率的影响；②应用Ansoft电磁场仿真软件对两种处理腔（即同轴式和螺线管式）的电磁场分布进行仿真分析，推导出同轴式处理腔的电场强度及电场能量、螺线管式处理腔的磁感应强度和磁场能量的计算公式。利用电磁仿真软件ansoft Maxwell 分析了处理腔的电场强度、磁感应强度，仿真结果与理论分析基本一致。.4）预测模型与参数寻优算法：以实验数据为神经网络的学习样本，GA优化BP神经网络初始权值和阈值来建立灭藻率预测模型，将GA结合灭藻率预测模型进行电磁参数寻优，确定了最佳的灭藻电磁参数组合。.迄今，已经完成基金任务书的研究目标（由于检测仪器与方法有限，尚未完成对水中活性物质种类、水分子结构、水活性持续时间的检测）。发表科技论文10篇，其中SCI检索1篇，EI检索6篇。培养研究生9人。