水垢沉积一直是困扰锅炉、冷却塔等热交换设备的主要问题。水垢的大量存在,不仅会加速管路内壁的腐蚀、降低热交换率、严重时会导致管内压增高甚至引发爆炸等一系列安全事故。电场阻垢法是一种有效的基于物理场的阻垢方法,具有高效、环保、成本低等优点,目前该技术已经得到了广泛应用,其机理主要为电场影响了碳酸钙的成核及结晶过程,并最终抑制水垢的沉积。但是,在实际的应用工况下,水中往往含有大量的杂质镁离子,而镁离子的存在会显著影响水垢的结晶过程以及结晶产物,也会影响电场阻垢抑垢的效果。针对这一问题,本文运用分子动力学及实验相结合的方法,从微观层面上研究了电场作用下杂质镁离子对碳酸钙晶体形成及沉积过程的影响机制,为优化电场阻垢技术在实际应用中的抑垢效能提供理论支撑。本文主要研究内容为:（1）为探究杂质镁离子存在下的静电场阻垢机理,运用分子动力学模拟方法研究了不同浓度杂质镁离子、静电场以及两者混合作用对成垢离子水溶液微观物化性质的影响,并分析这些影响对CaCO₃晶体生成以及生长过程的作用机制。研究结果表明:杂质镁离子可以有效降低水分子以及钙离子活性、提高溶液粘度;杂质镁离子和静电场均可以减小体系中平均氢键角大小、延长氢键平均寿命;静电场可以减小钙离子第一层水壳半径、提高第一层水壳配位数。（2）在上述研究基础之上,运用分子动力学模拟方法研究不同频率、不同强度的交变电场作用下以及交变电场与杂质镁离子混合作用对成垢离子水溶液微观物化性质的影响。研究结果表明:交变电场的频率、交变电场强度与所研究的动力学结构参数、热力学参数之间不存在线性关系。（3）自行设计并搭建循环水电场处理实验平台,采用人工模拟硬水溶液的方法进行动态实验。研究结果表明:杂质镁离子阻碍碳酸钙晶体的生成、诱导CaCO₃沉淀形成文石晶体;交变电场影响Ca（HCO₃）₂溶液内的离子水解平衡;交变电场能促进溶液中小尺寸CaCO₃晶体晶核的生成,同时抑制晶体生长。