CFD-DEM耦合模拟网式过滤器局部堵塞

过滤器内部的流场不均导致使用时容易产生局部堵塞,堵塞分布受入口流速、颗粒粒径、流线轨迹等因素的共同影响。该文以计算流体力学-离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)耦合模拟不同流量下Y型网式过滤器内部不同粒径的沙粒运动及分布,分析过滤器内部流态对沙粒运动分布的影响并通过试验加以证明。结果表明,滤网两侧的压差占总压差的77%。网面流量呈阶梯分布,最大流量位于出口侧滤网上端,最低流量位于进口侧滤网中心,前者是后者的5.9倍;对于通过滤网的颗粒,入口流速越高,颗粒通过点越集中;对于拦截颗粒,当粒径接近孔径时,颗粒稳定附着在滤网,增加入口流速使颗粒向侧面滤网聚积并产生局部堵塞,粒径远大于孔径时,颗粒在内腔中不停运动,难以稳定附着在滤网;降低入口流速将提高颗粒分布的均匀程度,延长过滤器高效段时间,减少冲洗难度。     

基于CFD-DEM耦合的网式过滤器水沙运动数值模拟

过滤器内部的水沙运动复杂且多变,初始状态下沙粒分布的不均导致滤芯产生局部堵塞,改变了水流流态并进一步影响后续沙粒运动和分布。本文以CFD-DEM(Computational fluid dynamics,CFD;Discrete element method,DEM)耦合模拟Y型网式过滤器内部流场变化与沙粒运动及分布,直观地反映了滤芯对水流的流动阻力特性与对沙粒运动分布影响。结果表明,过滤器内部存在明显的回流区、旋涡区及滞流区,导致各过滤面流速不均,出口一侧流速大,进口一侧流速小,两者相差39%;随着时间的变化,过滤器内流场变化明显,沙粒堆积依次出现在出口侧下端面、出口侧上端面、进口侧下端面、进口侧上端面上,最终布满整个滤芯;在滤芯的4个过滤面中,出口侧上端面流速大而沙粒堆积最少,进口侧上端面流速小而沙粒堆积最多,由此可见出口侧上端面具有更好的过滤性能,可适当提高该处过水面积,以提高过滤器过滤效率。     

方形喷洒域喷灌装置的研制与试验

针对圆形喷洒域喷头导致漏喷、水量重叠和界外喷洒的突出问题,该文研制了一种适用于无风环境的方形喷洒域喷灌装置以提高喷灌均匀度和水资源利用效率。该装置主要由摇臂式喷头、连杆机构和凸轮组成。利用调节喷头仰角的方式改变其射程使摇臂式喷头喷出方形喷洒域,通过凸轮滚子与凸轮接触部分阻力的变化调整喷头转速提高了装置的喷灌均匀度。测试了该装置在工作压力为400 k Pa,喷头仰角变化范围5°~30°,流量4.14 m3/h工作条件下装置的性能,试验结果表明,该装置可喷洒30 m×30 m的正方形区域,其方形喷洒域系数高达92.06%,喷灌均匀度为82.07%,界外喷灌量占总喷灌量的1.32%,喷洒地块边角部分时比圆形喷洒域喷头界外喷洒量减少了13.53%。因此,该装置能较好的实现方形喷洒域、降低了界外喷洒量、减少了多个圆形喷洒域喷头组合灌溉时所产生的重叠,为改善喷灌均匀度和提高水资源利用效率提供了新的思路和方法。     

不同工况下Y型网式过滤器流场数值模拟分析

为探究网式过滤器的水力性能,充分了解网式过滤器内部最初流场、滤芯网面流量分布情况,应用计算流体动力学方法对网式过滤器3种入口流速(0.5、1.5、2.5 m/s)以及3种滤网目数(60、80、100目)对过滤器流场进行数值模拟。通过试验对模拟结果的可靠性进行验证,结果表明：过滤器的水头损失集中在出口侧滤芯上,该部分水头损失占总损失的87%;水流在腔体内可分为出口侧加速区、出口侧减速区、堵头回流区和漩涡区4部分;滤网面流量分布严重不均,高流量区域主要分布在出口侧,入口流速由0.5 m/s增至2.5 m/s过程中,网面最大与最小流量均相差3.3倍,滤网目数为60、80、100目时,网面最大与最小流量相差3.3、3.1、2.3倍,且滤网目数增至100目时,最大与最小流量位置向两侧偏移;堵头处死水区压力大、流速低,泥沙易于沉淀,建议扩大堵头容积以承接更多的泥沙;可以考虑增大腔体体积、改变腔体角度、在入口处设置导流片,从而改善流场分布;建议在滤网上增加环状片体,改善网面流量分布,从而提高过滤器的使用寿命以及过滤效率。     

苹果巢蛾的药剂防治试验

苹果巢蛾（Yponomeuta padella Linnaeus)鳞翅目，巢蛾科，是苹果树上的主要害虫，成虫体银白色闪光，中胸背板中央有5个黑点，前翅上有30多个小黑点，排成3行，不规则，幼虫腹部各节背面各具1对大型黑斑，吐丝结网巢，将叶，花器网在一起，严重时树冠仅残留枯黄碎叶桂在网巢中，枯焦状似火燎，以初孵幼虫在梢下越冬，严重时树叶全部吃光，为了筛选出防效好的药剂，特作以下试验。     

网式过滤器拦截率计算及其影响因素分析

为了使网式过滤器在工程应用中既保持滤网良好渗透率又提高滤网拦截率,该研究通过试验,分析了5种不同入口压强(0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 MPa)、7种滤网孔径(125、150、180、210、250、300和350μm)及其与砂粒中值粒径的关系对过滤器拦截率的影响。结果表明:当滤网孔径与砂粒中值粒径的比值小于一个阈值C(C∈[1.80,1.88])时,拦截率随着滤网孔径增大而增大,当该值大于此阈值时,拦截率随着滤网孔径的增大而减小;过滤器的入口压强越大,过滤器拦截率越大,入口压强对过滤器拦截率有显著影响,被拦截砂粒在出口侧分布越集中;入口压强从0.02 MPa提高到0.10 MPa,250μm滤网拦截率提升38.49%,而125μm滤网拦截率提升88.94%;250μm滤网在0.10 MPa入口压强下15 min末出水砂粒粒径组成与180μm、0.02 MPa下初始出水砂粒粒径组成相似,在短时间的灌溉应用上,可调整入口压强而不需要调整设备来满足灌溉要求,研究为实际灌溉工程中提高过滤器拦截率和过滤效果提供了参考。     

压力补偿式灌水器补偿腔结构参数对颗粒运动的影响

为解决颗粒在迷宫流道压力补偿式灌水器内大量沉积或堵塞以致影响灌水器正常工作的问题,采用FSI模拟固定垫片变形后,基于CFD-DEM耦合模拟,经试验对比验证其可靠性后,设计单因素及Box-Behnken响应面试验,分析了压力补偿腔内副流道截面积、压力补偿腔出口直径、压力补偿腔直径3个结构参数及其交互作用对灌水器抗堵塞性能的影响,通过建立回归模型预测灌水器颗粒停留率,综合判断灌水器的抗堵塞性能。结果表明：副流道截面积由0.018 mm²提升至0.054 mm²时,颗粒停留率降低5.09个百分点;压力补偿腔出口直径由1.4 mm下降至0.8 mm时,颗粒停留率降低2.87个百分点;且颗粒沉积受副流道截面积和压力补偿腔出口直径、副流道截面积和压力补偿腔直径两种交互作用影响显著,交互影响下颗粒停留率最低为7.67%。拟合出颗粒停留率与压力补偿腔内副流道截面积、压力补偿腔出口直径、压力补偿腔直径3个结构参数的回归方程,可用于评判和预测灌水器抗堵塞性能,且推荐了一组副流道面积为0.051 mm²、压力补偿腔出口直径为0.894 mm、...     

聚乙烯管壁厚对圆柱灌水器水力性能影响的研究

为提高圆柱灌水器流量设计精度及滴灌系统的均匀度,以7种圆柱灌水器和4种壁厚组成的25种滴灌管作为研究对象,利用精密微小物体三维扫描仪MCS-60型测量灌水器流道结构参数,并采用自动化程度较高的灌水器水力性能测试平台测试此25种滴灌管,得出其流量压力曲线关系、流量系数和流态指数。测试结果表明,使用不同聚乙烯（PE）管厚度对同一灌水器的流量确实产生影响,其最大影响率能达到20%;不同的PE管壁厚对流量系数影响较大,但对流态指数影响较小;灌水器流道宽度也是造成不同PE管壁厚对灌水器出流的因素,流道越宽,对灌水器出流影响越大。     

迷宫流道灌水器抗堵塞设计与PIV试验

为提高迷宫流道灌水器的抗堵塞性能,通过数值模拟的方法对梯形流道内含沙量分布以及水沙流速进行了分析,并采用PIV测试优化前后流道内颗粒运动轨迹和速度来进行验证。结果表明:梯形迷宫流道灌水器流道内高含沙量区域主要在迎水面且流速较低的位置,在优化流道时可适当增加迎水面的修改,结合流道整体和加工需求可适当、甚至不修改流道背水面尺寸;以某一含沙量分布线作为流道边界,通过多次数值模拟获得较低含沙量的流道后,进行标准化再选取流道较宽的流道。该方法基本消除了沙粒大量集中的现象,获得抗堵塞性能较好的流道模型。经水沙速度分析和PIV测试验证了该方法不仅保持了灌水器优化前的水力性能,而且抗堵塞能力得到了提高。     

额定流量与毛管位置对纽扣式滴头堵塞的影响及机理分析

为探究引用高含沙水滴灌时额定流量与毛管位置对纽扣式滴头堵塞风险的影响及相应机理，该研究对3种不同额定流量（2、4、8 L/h）的纽扣式滴头按照不同的毛管安装位置（毛管进水口处的支管长度分别为：w、2w、3w，毛管间距w=204 mm；依次为内侧、中间和外侧）进行浑水堵塞试验。试验结果表明：滴头额定流量与毛管位置会影响毛管与支管内的断面平均流速，从而对管中沉积泥沙的起动产生影响，影响滴头堵塞进程。额定流量为4 L/h的滴头，其平均相对流量和灌水均匀度系数下降速率最慢，即抗堵塞性能最优，且其有效灌水次数最多，平均使用寿命比2和8 L/h的滴头分别提高了11.84%和49.11%。滴头额定流量越小，毛管位置对滴头使用寿命影响越明显，其毛管内滞留泥沙质量越大、沉积的大颗粒泥沙占比越多，大颗粒泥沙相对小颗粒泥沙更容易被滞留在毛管中。滴头额定流量越大、在单根毛管上的安装位置越靠近前段，其排出的泥沙粒径越大。毛管中沉积泥沙的起动是导致大流量滴头更快堵塞的主要原因。试验为滴灌系统堵塞机理的研究提供了思路，为实际应用中滴头额定流量的选用与滴头堵塞的预防提供了参考。