浑水质量分数对石英砂滤料过滤性能的影响

为了正确评价泥沙颗粒对微灌系统堵塞的影响,试验配置了4种质量分数分别为0.3‰,0.5‰,0.8‰和1‰的浑水,通过微灌用砂过滤器模型,研究了滤后水的浊度、粒径变化以及泥沙颗粒质量浓度随时间的变化规律.结果表明:浑水质量分数影响滤后水浊度和颗粒质量浓度,浑水质量分数大,则滤后水浊度和颗粒质量浓度高;不同质量分数浑水过滤10 min后,滤后水浊度均逐渐下降,而当浑水质量分数增大到0.8‰时,过滤10 min时滤后水浊度极不稳定,滤层截留较多的粒径大于0.1 mm颗粒,也有2%~3%的大粒径颗粒穿过了滤层.当浑水质量分数小于0.5‰时,滤后水中粒径小于0.1 mm颗粒的质量分数增大较少,粒径大于0.1 mm颗粒的质量分数不到1%.随着浑水质量分数的增大,平均浊度滤除率和颗粒质量浓度减少率均呈负二次曲线变化,当浑水质量分数为0.8‰时,分别达到56.69%和57.61%.大质量分数的浑水具有较大的浊度滤除率和颗粒质量浓度减少率,但易于造成砂滤层的堵塞,降低其过滤效果、缩短过滤时间.     

引黄滴灌砂石过滤器滤料过滤性能

选取黄河原状泥沙,采用自行配置黄河水,针对不同粒径均质石英砂滤料,对不同过滤速度条件下过滤器过滤性能进行测试.结果表明:总体而言,水头损失均随着时间的增加而增大.相同滤料粒径条件下,随着流速的增加,水头损失整体呈上升趋势.出水浊度均随着时间的增加而减小.随着流速的增加,出水浊度整体呈现先减小后增加的趋势.原因是随着流速的增加,穿过滤料空隙部分以及被滤料表面吸附的小颗粒与大颗粒会随之增加,滤层堵塞速度与程度均会增加,从而导致水头损失会随之增加.随着粒径的增加,滤料颗粒表面积减小,滤料颗粒间空隙增加,其对水中颗粒物的截留、吸附等能力均会降低,则水头损失会随之降低.由于滤料能吸附各种杂质,在运行一段时间后,滤料颗粒表面就会附着各种杂质从而失去其再次吸附其他杂质的能力,故而浊度去除率会越来越低.本研究可为引黄滴灌过滤器最优过滤模式选择提供理论依据.     

沙过滤器不同滤层厚度对滤后水浊度影响规律试验

对微灌用石英沙过滤器进行过滤试验,采用3种滤层厚度、3种泥沙含量和4个过滤速度,测定出水浊度随时间的变化规律,分析各组试验的浊度去除率。试验结果表明:随着原水颗粒质量分数从0.03%增大到0.08%,滤除比率呈递减趋势;浊质滤除比率与过滤速度成反比,与滤料层厚度成正比;滤料层厚度增加,滤除比率增大,且其对过滤效果的影响程度最大。     

砂石过滤器过滤效果影响因素试验研究

【目的】研究不同因素对砂石过滤器过滤效果的影响。【方法】本文开展室内过滤模型水力学试验,选择不同滤层厚度、原水含沙量、过滤速度,对比过滤后水样浊度、颗粒质量浓度、水头损失。【结果】随着滤层厚度的增加,过滤后水样浊度呈递减趋势,原水含沙量的变化与过滤后水样浊度呈正相关,过滤速度的变化对浊度影响较弱。滤层厚度60 cm条件下水样颗粒质量浓度与其滤层他厚度差异显著,原水含沙量0.8‰条件下水样颗粒质量浓度与其他原水含沙量差异显著,而过滤速度对颗粒质量浓度影响同样较弱。过滤速度与水头损失呈正相关,不同滤层厚度条件下水头损失差异不显著,不同原水含沙量条件下水头损失差异显著。【结论】滤层厚度、原水含沙量对水样浊度、颗粒质量浓度影响显著,过滤速度影响较弱;过滤速度、原水含沙量对水头损失影响显著,滤层厚度影响较弱。     

微灌砂滤料的表层过滤和气水反冲洗试验研究

采用砂过滤器模型,在3种滤料粒径的条件下进行了过滤和气水反冲洗试验研究。根据在不同的过滤速度、原水颗粒质量分数、粉煤灰粒径条件下测得的滤层表面的压力,判断各因素与发生表层过滤的关系。以出水浊度随时间的变化,对比3种加气模式以及单纯水洗的效果。试验结果表明,原水颗粒质量分数和煤灰粒径是发生表层过滤的主要影响因素,且砂滤料的粒径越小,越容易发生表层过滤,在一定速度范围内过滤速度的影响最小。反冲洗以出水浊度为指标,气冲-气水混冲-水冲与气水混冲-水冲要优于气冲-水冲和单纯水洗的效果。     

微灌用均质砂滤料过滤粉煤灰水时对颗粒质量分数与浊度的影响

为了搞清楚微灌用均质砂滤料的过滤效果,作者开展了均质砂滤料过滤对粉煤灰水质的固体颗粒质量分数和水质浊度影响的模型试验。对颗粒质量分数影响试验显示：虽然颗粒质量分数的平均滤除率均在59%以上,但试验数据变化幅度很大,说明过滤对颗粒质量分数的影响较为复杂;滤除率与过滤速度成负相关,与原水颗粒质量分数成正相关;试验数据验证了敏茨过滤方程表述的“过滤是吸附和脱落交互发生的过程”对微灌过滤条件的合理性,证明了微灌过滤水流流态均为非层流,多数情况处在层流与紊流的过渡区内。对浊度影响试验发现：滤层厚度对浊度滤除比起决定性的作用,浊度粒子吸附与脱落时间均大约在5～6 min,滤速对浊度去除率的影响是有限的。比较2个试验可看出：滤后水的颗粒质量分数和浊度值是2个不相关的参数,其过滤过程是截然不同的,进而得出以浊度指标来判断微灌过滤和反冲洗效果是不科学的。该试验为今后微灌过滤技术的发展提供了参考。     

多级复合网式过滤器水力性能试验研究

多级复合网式过滤器是将不同目数的滤网(50、80、120目)集成在同一壳体以增加其过滤效果的微灌用过滤器。【目的】研究该过滤器性能。【方法】开展清水试验,考察过滤器清洁压降变化;开展浑水试验,以流量和含沙量为因素,其中,流量设置18、22、26m³/h,含沙量设置0.07、0.10、0.13g/L,考察水头损失、流量、浊度等指标变化规律。【结果】清水试验时,过滤器清洁压降曲线符合幂函数关系,拟合系数0.9999;浑水试验时,流量起初较稳定,约18~30min后出现拐点而急剧下降;相对应的,过滤器水头损失则起初稳定,出现拐点后急剧增大,流量和含沙量越大,流量和水头损失变化的拐点出现越早,过滤周期越短,过滤器发生堵塞的时间越短,但发生堵塞后,浊度出现降低趋势,预示过滤效果更好。【结论】新研发的多级复合网式过滤器(壳体内径370 mm,高720mm)水力性能变化规律与单一网式过滤器类似,而且过滤周期较长,过滤精度较高,适用于微灌系统。     

低压浑水管道输沙规律研究及水流挟沙力计算

【目的】确定输水工程适宜运行的水力条件。【方法】以巴音沟河流域输水工程为研究对象,通过数值模拟的方法研究不同泥沙质量浓度、压力条件下浑水管道输沙规律及水流挟沙力特性。【结果】(1)管道断面垂向泥沙质量浓度分布受压力、体积含沙量及管径等因素的影响;当压力及管径较小时,泥沙淤积厚度为6.3～8.0 mm,压力及管径较大时,在Y=-0.07区域以下淤积较多,淤积厚度达到8.6～9.4 mm;(2)同一管径及流速下,随着体积含沙量的增大,该区域流速梯度增大,最大增幅为14%;(3)随着水流速度增大,水流挟沙力增大,悬移质质量浓度也越大,但是悬浮指标逐渐变小。【结论】在低压浑水管道中,管径越大、泥沙质量浓度越大、压力越小,水流挟沙力越小,泥沙越容易淤积。     

微灌石英砂颗粒表面滞纳能力计算与分析

微灌砂颗粒的滞纳能力,直接影响到砂滤层过滤性能,从而对滤层过滤效果产生重要影响,分析石英砂颗粒表面对过滤水中杂质颗粒的滞纳能力十分重要。选取3种微灌石英砂滤料的砂颗粒(粒径范围为1.00～1.18、1.18～1.40和1.40～1.70 mm)作为样本,采用三维表面形貌仪对砂颗粒表面轮廓最大高度和与轮廓最大高度对应的波纹宽度进行测量。对砂颗粒滞纳水中杂质颗粒的机理进行分析,建立了砂颗粒表面轮廓的几何模型和砂颗粒表面杂质颗粒受力的数学模型,并计算了砂颗粒对水中杂质颗粒的滞纳能力。适当增加砂滤料的粒径,可以提高砂滤层过滤性能的稳定性。     

微灌砂过滤器石英砂滤料颗粒粗糙度参数测算与分析

微灌砂过滤器砂滤料颗粒的表面粗糙度直接影响到砂滤层水头损失和对水中杂质的滞纳能力,从而影响到滤层过滤效果。为了对砂滤料颗粒表面粗糙度进行定量分析,以粒径范围为1.0~1.18、1.18~1.4和1.4~1.7 mm的3种滤料的砂滤料颗粒为研究对象,每种滤料选取15粒石英砂作为样本,以砂滤料颗粒表面形貌的均方根偏差、表面高度分布的偏斜度和表面高度分布的峭度表征颗粒表面粗糙度,采用三维表面形貌仪对粗糙度参数进行测量,采用统计分析方法对粗糙度参数进行分析。结果表明,3种滤料砂滤料颗粒表面波峰波谷的波动幅度分别占滤料当量粒径的15.6%、14.6%和13.1%,说明微灌砂过滤器砂滤料颗粒表面粗糙度比较大;石英砂滤料颗粒表面高度分布的峭度比较大,说明砂滤料颗粒表面形貌高度分布比较集中;石英砂滤料颗粒表面高度分布的偏斜度都为负,说明砂滤料颗粒表面凹陷部分所占比例偏大,影响过滤效果。通过研究认为,要使过滤器石英砂滤料获得更好的过滤效果,应选取相对较大颗粒的石英砂滤料,并对砂滤料的生产工艺进行改进,使砂滤料粗糙度适当增大。     

浑水条件下鱼雷网式过滤器的试验研究

【目的】深入研究鱼雷网式过滤器的水头损失和过滤时间。【方法】浑水条件下,对2种滤网目数的鱼雷网式过滤器分别进行定含沙量和定流量试验,分析了水头损失在不同运行条件下的变化规律。【结果】定含沙量试验中,进水流量在240～300 m3/h范围内持续增大时,水头损失发生急剧变化所需时间逐渐延长,而在300～360 m3/h范围内持续增大时,水头损失急剧变化所需时间逐渐缩短,这是鱼雷部件起到关键作用的缘故;定流量试验中,随进水含沙量增大,过滤器达到预设压差0.10 MPa的时间越短;所有试验条件下,水头损失随过滤时间的推移经历保持不变、逐渐减少和急剧增大3个不同的变化阶段。【结论】鱼雷部件在延长过滤时间方面起到重要的作用;鱼雷网式过滤器的冲洗预设压差值调节为0.04 MPa最宜。     

微灌条件下三种过滤器过滤效果试验研究

为了探索砂石、筛网和叠片过滤器对黄河泥沙的过滤效果及其差异性,在不同过滤流量下进行了室内模型试验,并对比分析了过滤后水浊度、颗粒质量浓度、水头损失、瞬时流量等指标。结果表明,砂石过滤器过滤后水浊度和颗粒质量浓度低于筛网和叠片过滤器,且砂石过滤器过滤后水的水浊度和颗粒质量浓度变化曲线较为稳定,筛网和叠片过滤器的浊度滤除比率和颗粒质量浓度滤除比率均低于砂石过滤器。砂石过滤器截留的泥沙粒径分布均匀,而筛网和叠片过滤器截留能力体现在大粒径,因而砂石过滤器更能充分实现过滤功能。砂石过滤器水头损失随时间呈现递增趋势,而筛网和叠片过滤器变化幅度不大,分析认为后者未能充分截留泥沙,判定水头损失小不代表过滤效果好。综合可知,砂石过滤器过滤黄河泥沙效果优于筛网和叠片过滤器。     

手摇清洗网式过滤器水力性能试验研究

【目的】测试手摇清洗网式过滤器性能,为微灌过滤器的选型提供技术支撑。【方法】针对A(AZUD)和B(ARKA)2种常用型号手摇清洗网式过滤器,通过清水试验,获得了清洁压降曲线;通过含沙水试验,分析对比了2种过滤器在不同流量和含沙量条件下的过滤效果;针对B型过滤器开展了排污效果试验,验证了手摇清洗网式过滤器清污能力。【结果】手摇清洗网式过滤器的清洁压降曲线符合幂函数关系;水头损失随流量和含沙量的增大逐渐增大;流量对水头损失的影响较对堵塞程度的影响更明显,含沙量对堵塞程度的影响与对水头损失的影响相当。清水试验时,2种过滤器水头损失均小于2 m;含沙水试验时,过滤器在流量为30 m³/h、含沙量为0.08 g/L时拦沙量较大,对0~200μm小颗粒的拦截效果更优;A型过滤器水头损失变化更均匀、拦沙量更多,B型过滤器水头损失和堵塞程度变化更缓慢、过滤周期更长。B型过滤器在排污清洗后可以达到初始的滤网清洁程度,水头损失变化规律与清洗前基本一致。【结论】手摇清洗网式过滤器水力性能和过滤性能表现优异,实际应用时可根据不同的灌水需求和水源条件选型使用。     

不同工况下砂石过滤器对黄河水和再生水过滤性能影响

为了了解不同水源条件下砂石过滤器的过滤性能,选取黄河水及再生水2种典型滴灌水源,测试了3种粒径石英砂滤料,5种滤速条件下砂石过滤器颗粒物去除率和水头损失,重点对比了2种水源下砂石过滤器过滤性能的差异.研究发现:砂石过滤器对再生水的浊度去除效果优于黄河水,浊度去除率提高5.95%~65.30%.在黄河水条件下,砂石过滤器水头损失大于再生水,水头损失增加了34.90%~68.40%;随着运行时间的增加,砂石过滤器对再生水的浊度去除率缓慢上升,而对黄河水的浊度去除率呈先升后降趋势;随过滤流速增加,砂石过滤器对再生水的浊度去除率呈先增后减趋势,而对黄河水的浊度去除率随流速增加并未有明显变化;黄河水条件下砂石过滤器的过滤参数建议选择粒径1.00~1.70 mm,过滤流速0.012 m/s,再生水建议选择粒径1.70~2.35 mm,过滤流速0.015 m/s.结果为不同水质条件下过滤器的选择提供一定参考.     

双介质与单介质过滤器过滤性能试验研究

为探究双介质和单介质过滤器在浑水条件下的水力特性,对石塑混合、石英砂与PVC塑料3种不同介质进行了室内物理模型试验,并对各介质滤料进行分析。结果表明:石英砂介质水力性能最差,堵塞快,水头损失大,但除砂率最好,表面堵塞严重;PVC塑料介质水力性能最好,但过滤效果差,堵塞很慢,导致除砂率低,并且不稳定,基本存在表面过滤;石塑混合介质的水力性能介于石英砂与PVC塑料介质之间,变化趋势跟PVC塑料介质大致相同,并且很接近,除砂率相对较好,滤层整体拦截泥沙,不存在大面积的表面过滤。石塑混合介质充分发挥各自的优势,水力性能接近PVC塑料介质,达到节能减耗,克服了单一介质使用的缺点,优化了过滤器内部滤层结构,避免滤层的表面过滤,分层拦截泥沙。试验为探索更多的多层复合介质过滤器提供技术支撑。     

自清洗网式过滤器水力性能试验

通过清水试验和浑水试验对自清洗网式过滤器的水力性能进行了试验研究．清水试验主要研究过滤器的局部水头损失随不同进口流量(0～230 m3／h)的变化情况．浑水试验分别对过滤器的过滤状态和排污状态进行研究:过滤状态主要研究在最大进水流量(230 m3／h)下改变不同进水含沙量时的局部水头损失变化,以及在保持相同进水含沙量(019 g／L)下改变不同进水流量时的局部水头损失变化;排污状态重点研究在不同预设压差值下最佳排污时间的变化规律．试验结果表明:对于清水过滤,进水口流量值在0～140 m3／h变化时,对应的过滤器初始局部水头损失变化缓慢;当流量在140～230 m3／h时,局部水头损失增加较快,并拟合出水头损失经验公式．对于浑水过滤,改变不同进水含沙量值,局部水头损失均在6～7 m出现拐点,之后迅速增大,确定其预设排污压差值为007 MPa;排污过程中,当排污时间达到20 s时,排污管出水含沙量趋于稳定,排污效果较好,确定其最佳排污时间段为20～30 s．     

水肥一体化膜下滴灌水肥及速效氮分布特征研究

【目的】提高水肥一体化条件下水肥利用率。【方法】通过不同流量膜下滴灌水肥入渗试验,研究了滴灌结束时及再分布后的土壤含水率、电导率运移规律,并测定氮素在土壤中的动态分布特性。【结果】(1)滴灌结束时,各滴头流量下土壤含水率随着离滴头距离的增大而减小,流量为2 L/h的土壤含水率、电导率在垂直方向运移距离大于流量为3、4 L/h的;再分布后,不同滴头流量下土壤含水率的分布差异不大,流量2 L/h与流量为3、4 L/h的土壤电导率集中分布在不同区域,流量为3、4 L/h的土壤电导率在土体内主要分布区域相近。(2)不同滴头流量下土壤铵态氮质量分数随时间的延长逐渐减小,土壤硝态氮质量分数则表现为相反的变化趋势;土壤铵态氮质量分数在径向和垂向上随着离滴头距离的增大而减小。24 h土壤硝态氮质量分数在径向和垂向上随着离滴头距离增大而增大,72 h后呈减小的趋势。【结论】滴灌后不同流量下土壤电导率集中分布区域不同,土壤氮素随时间呈动态变化,可根据作物生长特点选择合适的滴头流量,制定合理的施肥时间。     

振荡流态下孔板流量计的瞬时压力-流量特性分析

为了研究孔板流量计在动态非稳定流态或振荡流态下的瞬时压力-流量特性,理论分析了孔板前后的旋涡域大小随流速变化是引起孔板进出口瞬时流量差的主要原因.借助CFD数值解析方法,建立孔板模型,并在模型入口加载某一频率下的正弦流速,对孔板流量计在振荡流态下的瞬时压力-流量特性进行分析.结果表明:当孔板流量计处于低频振荡流动状态时,孔板两端差压也处于周期振荡状态,差压与节流孔瞬时流量同频不同相,差压幅值随入口流速振幅增大而线性增大,且线性增长系数与振荡频率相关;孔板的入口与出口存在周期波动的瞬时流量差,振荡频率越大或入口流速峰值越小,瞬时流量差的波动越小.由于相位滞后和瞬时流量差的存在,使孔板流量计的测量流量与实际出口流量之间存在偏差.振荡频率越大,偏差也越大.     

滴灌系统网式和叠片式过滤器水力性能试验研究

滴灌系统过滤器的性能直接影响系统正常运行及使用寿命,以网式和叠片式过滤器为研究对象,进行了不同流量下清水和3种质量浓度浑水工况下,不同目数的2种过滤器水头损失和过滤性能试验,分析了过滤器水力性能的影响因素及其相互关系。结果表明,在清水条件下,过滤器的局部水头损失hj与流量Q成正比,随着系统过流量的增加而增加;相同流量下,高目数过滤器产生的水头损失大于低目数;浑水条件下,过滤器的水头损失与系统过流量、含沙量有关。随流量、含沙量的增大,过滤器初始水头损失增大,过滤周期变短。相同条件下,叠片式过滤器的水头损失明显大于网式过滤器,除沙率高于网式过滤器,即网式过滤器水力性能优于叠网式片过滤器,叠片过滤器的过滤效果优于网式过滤器。     

动床圆柱绕流脉动特性试验研究

利用室内矩形水槽,精细模拟了6个工况下的圆柱绕流运动,借助三维超声波流速仪量测了不同垂线、不同测点的三维瞬时流速。通过实测的三维瞬时流速资料,计算了测点三维脉动流速、紊动强度和雷诺应力等脉动要素,并分析其变化特征。试验结果表明:①实测资料统计的流速概率分布与理论计算的正态概率分布比较吻合,自由紊流区较近壁强剪切区吻合程度更好;②纵向时均流速值最大,横垂向相对较小,底层流速波动较大;③同一流量下,脉动强度随水深的增大呈递减趋势,且随着管径的增大,两侧的脉动强度变大,但变化幅度较小;④同一管径下,3个方向雷诺切应力随着流量的增大而增大;对于同一深度,垂向最大,横向居中,纵向最小。