滤网孔径对网式过滤器内部流场的影响

为探究典型滤网孔径(0.180、0.150、0.125 mm)对全自动网式过滤器内部流场在过滤时的影响,采用Fluent软件提供的Realizable k-ε模型和多孔阶跃模型模拟其清水流场,讨论和分析不同滤网孔径下的速度场、压强场及能态场。结果表明,滤网孔径为0.180、0.150、0.125 mm的实测水头损失和数值计算的相对误差分别为4.00%、3.52%、7.32%,可知选择的数学模型具有较高的可靠度;滤网孔径越小,网式过滤器过滤时的内部流场越紊乱,水头损失越大,罐体与出水管交界处的滤网需要承受的压强差越大,故实际运行中容易因该处滤网变形甚至破损而需要更换新的滤网。     

流量与含沙量对浮筒网式旋转过滤器水力性能与过滤性能的影响

过滤器是保障微灌系统正常运行的核心设备,而水头损失与过滤效率是评价其性能的2个关键指标。为探明泵前过滤器—浮筒网式旋转过滤器的水力性能和过滤性能,采用方差分析、极差分析、主效应多重比较法对比分析了浮筒网式旋转过滤器在滤网孔径为0.150 mm时,5种不同含沙量、5种不同流量下的水头损失与过滤效率,并确定了试验条件下的最优工况。结果表明：对水头损失而言,流量比含沙量影响大;对过滤效率而言,含沙量的影响更大,且水头损失与过滤效率均随含沙量与流量的增大而增大;最优工况为流量930 L/h、含沙量2.0 g/L,此工况下对应的水头损失为0.281 m,过滤效率为84.01%,可以保证在有良好的过滤效率的同时具有较小的水头损失,从而实现节能减排,高效灌溉的目的。     

微灌用网式过滤器数值模拟与结构优化

针对微灌用网式过滤器研究主要集中在水力性能试验研究方面,以进口直径为50 mm的阿速德(AZUD)普通微灌网式过滤器为研究对象,利用Pro/E软件完成过滤器的三维造型,基于计算流体动力学软件Fluent 6.3,采用多孔介质模型对过滤器内部流场进行数值模拟,得到了过滤器内部的速度分布和水力特性.为了增强数值模拟的可靠性,将模拟计算结果与试验结果对比,最大偏差和平均偏差分别为7.4%和4.1%,具有较好的吻合性,证实了数值模拟的可行性,可用于微灌网式过滤器的结构优化.在保证滤网面积与进口直径不变的前提下,优化过滤器筒体形状、进出口位置和进出口角度,改善过滤器内部流场分布,提高速度分布的均衡性和均匀性,延长滤网使用寿命.优化模拟结果表明水头损失降低69%,滤网过滤面上下两侧最大平均速度差由1.0 m/s减小为0.1 m/s.     

砂石-筛网组合过滤器结构优化与性能试验

为了充分了解灌溉用砂石过滤器和筛网过滤器组成的二级过滤系统的内部流场情况,利用Pro/Engineer软件进行三维造型,基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,应用数值模拟采用RNG k-ε湍流模型结合多孔介质模型对过滤器内部流场进行分析并提出优化方案,在优化的基础上设计新型一体式过滤器并对其进行性能测试。结果表明:RNG k-ε湍流模型模拟结果与试验结果吻合良好,可用于流场分析和结构优化。组合过滤系统按传统分体式布置时,由于连接管道和筛网过滤器外壳等影响,会产生较大水头损失,且筛网过滤器部分由于结构复杂造成环流与漩涡,导致流场不稳,过滤时流速分布不均。针对传统组合过滤系统流场的不足,提出将滤网融入砂石罐体的一体式优化布置方案,改善了布置的复杂度;通过流场分析发现可减小38.5%的水头损失,且由于罐体空间较大对水流扰动较小,所以内部流场稳定;过滤时流速分布更均匀,因此对滤网的利用也更加合理充分,延长了滤网使用寿命。通过两次性能测试对比分析可知,砂石-筛网组合一体式过滤器能有效减小水头损失,并且在含沙水条件下流量减小20%时能多运行20 min左右,表明一体式过滤器水力性能更优且能提高灌溉效率。     

网式过滤器的计算模型选择及内部流场分析

为了解网式过滤器内部流场特性,分别采用Fluent软件提供的Standard k-ε、RNGk-ε及Realizable k-ε模型同多孔介质阶跃模型耦合计算,通过物理试验与计算结果对比,确定了Realizable k-ε模型与多孔介质阶跃模型能更好地模拟网式过滤器中的流场。在此基础上,分析了该过滤器的内部流场,指出排污口固体边界和出水口边界条件对该过滤器的速度流场和压强场分布规律影响很大;滤网内、外侧的水流流速沿X轴分布不均匀,从而影响了网式过滤器的过滤效率及使用寿命,其结构有待进一步研究。     

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。     

不同流量下泵前微压网式过滤器内部流场的数值模拟

泵前微压网式过滤器作为一种新型的灌溉过滤装置,具有结构简单、适配性高以及能耗低等优点。为了探究泵前微压网式过滤器内部流场的运行状态,采用了物理模型试验、数值计算及理论分析的方法,从微观角度对清水条件下泵前微压网式过滤器在不同流量(5、8、11、14、17 m³/h)的水力性能和水流运动状态进行分析。结果表明：标准k-ε模型可作为模拟泵前微压网式过滤器清水流场的湍流模型;滤网内部流速分布不均匀,随流量呈现不同形态的“火烛”形态,出水口对过滤器内部影响范围随流量增加而增大;过滤器内部同时出现高压区和负压区,滤网底部为水头损失主要发生位置。研究成果可为泵前过滤设备的浑水数值模拟和结构优化提供理论和技术支撑。     

清水条件下鱼雷网式过滤器水头损失试验研究

鱼雷网式过滤器是一种新型网式过滤器,其核心部件是鱼雷和滤网。【目的】研究鱼雷网式过滤器在清水条件下的水头损失随流量的变化情况。【方法】本研究分别对过滤器在壳体、滤网(80目、120目)及鱼雷网式条件下的水头损失随流量的变化情况进行分析。【结果】3种试验条件下,过滤器水头损失均随进水流量的增大而增加,但变化情况有所不同;壳体+滤网试验中,相同流量条件下,装有120目滤网过滤器的水头损失比装有80目滤网过滤器的水头损失大;然而,滤网内装入鱼雷后,120目滤网的过滤器产生水头损失比装有80目滤网过滤器的小;根据对流量与水头损失之间拟合关系,每种试验条件下的水头损失和流量符合良好的幂函数关系。【结论】清水条件下,水头损失与流量符合幂函数关系。     

低水头滴灌过滤器的研制与应用

为解决传统微灌系统中使用的各种过滤装置孔口堵塞及水头损失较大这一问题,设计了几种不同截面型式的开敞式滤网过滤器,其结构有箱式、圆柱体式及棱柱体式三种型式,并分别对其进行水力性能测试。测试结果表明：额定流量为2 m^3/h时,以圆柱体式结构的滤网过滤器水头损失为最小（7.95 cm）;额定流量为5 m^3/h时,以箱形结构的滤网过滤器水头损失为最小（16.93cm）,两者均满足水头损失在30 cm以下的要求。实践应用结果表明,优选的两种开敞式滤网过滤器具有过滤效果好、水头损失小等优点,对于减缓灌水器堵塞、延长系统寿命发挥了重要作用,是适于低水头微灌系统的一种较为理想的过滤装置。     

不同尺寸鱼雷网式过滤器内流场数值模拟

为观测不同尺寸鱼雷网式过滤器内的水流流动情况,基于fluent软件和相应的计算方法,对不同尺寸鱼雷网式过滤器进行了数值模拟计算。结果显示:数值模拟计算与实际试验计算的8寸鱼雷网式过滤器进出口水头损失相对误差最大值为5.99%,最小值为1.41%,说明选择的数学模型具有一定的准确性和可靠度;不同4种尺寸的鱼雷网式过滤器内流场的数值模拟结果表明,不同尺寸的过滤器内部流场变化基本相同,压强变化及速度变化基本一致;结构大小不同的过滤器都有一个最适合的工作流量范围。试验研究进一步揭示不同尺寸鱼雷网式过滤器内流场变化规律的同时,实际应用中为选择高效、节能的过滤器尺寸提供参考依据。     

Y型网式过滤器堵塞过程对有机肥浓度的响应研究

为研究水肥一体化设备中用于过滤有机肥的Y型网式过滤器的堵塞规律,对Y型网式过滤器在初始流量500 L/h、水源压力117.6 k Pa下,设置25、30、40、50 g/L共4种黄腐酸钾有机肥肥液质量浓度,进行了过滤器堵塞试验,分析了Y型网式过滤器的局部水头损失与单个滤孔滤网清洁度(单个滤孔有效过水断面面积与孔隙总面积比值) S/S0的关系,并利用XRD分析了过滤器内堵塞物质的成分。结果表明:肥液质量浓度对过滤器滤网清洁度影响显著,建议肥液质量浓度不超过40 g/L;过滤器局部水头损失在S/S0减小到10%后才逐渐开始增大,过滤器局部水头损失与滤网清洁度、肥液质量浓度有关,利用多项式拟合给出了过滤器滤网清洁度与肥液质量浓度、施肥持续时间的关系式及局部水头损失与肥液质量浓度、滤网清洁度的关系式;滤网堵塞物质主要成分为硫酸钙、草酸钙。本研究结果可为水肥一体化设备中过滤器的选择提供理论参考。     

网式旋流自清洗泵前过滤器的设计与试验

针对网式过滤器滤网堵塞频繁、自清洗困难的技术难题,提出了一种旋流分离与负压吸附相结合的自清洗方案,设计了一种网式旋流自清洗泵前过滤器。阐述了整体结构及工作原理,确定了关键部件的结构参数,建立了杂质在过滤器中的力学模型,得出了过滤速度和吸污器转速是影响吸污器内部吸力大小的主要因素。以水头损失和除杂率为评价指标,分析流量、含杂量、转动频率在一定条件下对水头损失和除杂率变化规律,结果表明:当入口流量为300m~3/h、含杂量为0.3g/L、转动频率为30r/min时,过滤效果最佳,除杂率为11.6%,满足过滤设备要求。     

出水管角度对网式过滤器内部流场影响研究

以全自动网式过滤器为研究对象,基于Fluent软件,用多孔阶跃模型模拟滤网,采用Realizable k-ε湍流模型对其内部流场进行了数值模拟。结果显示数值计算与物理试验的进出口压降相对误差为6.77%,说明选择的数学模型具有一定的准确性和可靠度。在此基础上,分析了过滤器内部流场,发现压降发生的部位主要为滤网;出水管内速度、压强分布不均匀,有漩涡区存在。在保持滤网面积不变的情况下,分别模拟了出水管与罐体夹角α为75°、60°、45°、30°时过滤器的流场,结果表明:夹角α对出水管内流场影响较大。随着夹角α的减小,出水管上部流速、压强分布均趋于均匀;出水管左侧漩涡区域逐渐消失,右侧漩涡区域有所增大,但对进、出口压降及其他部位的流场影响较小。出水管与罐体夹角α并不是影响过滤器流场的主要原因,若要对过滤器进行结构优化,需从滤网着手。     

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。     

网式过滤器滤网堵塞成因分析与压降计算

为分析网式过滤器滤网堵塞的过程和成因,并获得滤网堵塞后压降计算的相关参数,对网式过滤器进行堵塞试验。试验结果表明:滤网堵塞经历了介质堵塞和滤饼堵塞2个过程,形成的滤饼内层泥沙颗粒粒径较大,外层颗粒粒径分布较均匀;滤网孔径和含沙量是影响堵塞的重要因素,滤网孔径越小,滤网堵塞所用时间越短;相同孔径下,含沙量越大,堵塞所用时间越短,滤网越容易堵塞。根据试验结果建立了滤网内外压降与滤网孔径、滤网厚度、孔隙率、形成滤饼层厚度、滤饼孔隙率等的定量关系式,并分别计算了孔径为430、280、200μm滤网的内外压降,并与实测压降进行了对比分析。结果表明,计算得到的滤网内外压降与实测值基本一致,可以反映滤网堵塞的规律;滤网内外压降随水流流量、滤网厚度、形成滤饼层厚度增大而增大,滤网孔径越小,滤饼孔隙率越小,滤网两侧压降越大。     

立式与卧式自清洗网式过滤器水头损失试验研究

自清洗网式过滤器水头损失决定着过滤器在过滤过程中的工作效果。【目的】探究立式和卧式2种自清洗网式过滤器水头损失的变化规律。【方法】通过室内原型试验,重点开展了自清洗网式过滤器水头损失与进水流量,含沙量与过滤时间关系的试验探究。【结果】2种过滤器水头损失变化规律一致,进口流量对自清洗网式过滤器水头损失的影响远大于含沙量的影响,随进口流量的增加,水头损失增加;同时,根据连续性方程及局部水头损失公式建立了进水流量与水头损失之间的数学表达模型;将试验结果进行拟合验证,发现2种过滤器计算结果与试验结果误差均小于5%,且公式拟合度均可达96%以上。【结论】公式可指导自清洗网式过滤器水头损失的理论计算,确保自清洗网式过滤器最优工况运行。     

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。     

直冲洗鱼雷网式过滤器内流场的数值模拟

将直冲洗鱼雷网式过滤器流场在不同体型工况下进行了三维流场数值模拟,采用RNGk~ε模型模拟过滤器湍流。对不同体型工况下的过滤器断面压强、断面流态数值计算结果进行理论分析,并进出口的水头损失与物理试验结果进行对比分析。结果表明数值计算能够清楚地反映了不同边界条件下过滤器内部流场变化情况及各个参数,并且通过过滤器内部流场计算可以获得过滤器在不同体型工况下任意位置的流场变化。其结果可以为过滤器体型优化设计提供可靠的理论依据和参考。     

自清洗网式过滤器水头损失和排污时间研究

通过室内模型试验,对80目和120目自清洗网式过滤器在清水过滤时的水头损失和排污状态下的最佳排污时间进行了试验研究.清水过滤状态时,通过对试验用过滤器的进水口和出水口建立伯努利方程,推导出过滤器清水水头损失的通用表达式,在不同的进水流量下(0 ～220 m3/h),结合试验数据得出了2种目数滤网水头损失的经验表达式;排污状态时,在对2种滤网各自设置5个不同排污压差及3个相应不同进水含沙量条件下,得出了排污口含沙量随排污时间的变化曲线规律为先变大后减小,15s时出现拐点,20 s以后趋于稳定,为保证过滤器的排污效果及节约水资源,确定过滤器的最佳理论排污时间段为20～30 s,结合试验数据和误差分析,理论推导出120目滤网的最佳排污时间计算表达式,计算结果表明:理论值与试验值吻合较好.     

微灌用网式新型自清洗过滤器的设计与试验研究

比较了国内外自清洗过滤器产品技术参数,分析了当前国内网式自清洗过滤器应用中存在的问题,在此基础上设计提出一种微灌用网式新型自清洗过滤器,并对该新型过滤器的结构和工作原理进行了详细介绍;通过理论计算得到在满足1λ5(λ为元件的长度与直径比值)前提下,新型过滤器滤网直径、滤网长度与设计流量之间的定量关系;通过试验得到了水头损失与设计流量的定量关系式,并与传统网式过滤器进行了比较,结果表明,新型过滤器水头损失小,且随流量变化缓慢,即使在流量变化较大情况下,水头损失也变化较小,在我国大田微灌技术中具有较广泛的应用前景。