一种节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器

微灌技术的发展需要更加先进的过滤器,目前国内和新疆节水灌溉中的网式过滤器应用最普遍,但网式过滤器在清洗方式上存在一些问题,人工清洗需要取出滤网,系统需停水,效率较低,自动清洗需要外力驱动,增加过滤器的制造和使用成本.介绍一种新型水力旋喷自动吸附过滤器,自动清洗动力和自动清洗方式的创新既实现了过滤器的自动清洗又保证了清洗...     

新型自清洗网式过滤器结构优化研究

自清洗网式过滤器是微灌系统首部处理高含沙水源的关键过滤设备,相比传统过滤器,它具有自动化程度高、水头损失小和过滤效果好等优点。本文在介绍水力旋喷自动吸附网式过滤器的工作原理及结构特点基础之上,重点对其结构进行了优化处理:增加过滤器内部过滤级数、改变并组合自清洗动力装置。通过对结构优化:实现各级过滤室的自清洗状态、改变自清洗动力装置的单一性,这对提高过滤器对灌溉水源的过滤效率,研制和开发新型自清洗过滤器样机提供多样性选择。     

自清洗网式过滤器排污流量的计算

对影响自清洗网式过滤器排污流量大小的因素进行分析,发现过滤器排污流量Qp由流量系数μ决定.为了探讨排污流量系数的变化规律,主要进行了过滤器吸沙组件相对入流面积对排污流量系数影响的试验研究,发现流量系数随着吸沙组件相对入流面积的增大而增大,但当相对入流面积增大到一定程度后,流量系数就不再发生变化,而是趋近于某一恒定值.建立了排污流量系数关系式,分析排污流量系数关系式发现：当吸沙组件相对入流面积大于0.15,即当吸沙组件入口长度l大于500 mm后（吸沙组件入口宽度b等于300 mm,为定值）,吸沙组件开口面积对排污流量的影响已不到0.5%,即过滤器排污系数几乎不随吸沙组件开口面积的增加而改变,该变化规律与试验所作出的分析结果定性一致.根据排污流量系数关系式,进而建立了自清洗网式过滤器排污流量计算公式,对建立的公式进行均方差ERMS检验,得到均方差ERMS为0.001 74,说明该公式具有很高的拟合度.     

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。     

卧式自清洗网式过滤器排污时间试验及计算

通过对型号为8GWZ-200的卧式自清洗过滤器排污时间进行试验,获得了4种流量(220,200,180,160 m³/h)、6种含沙量(0.006,0.013,0.015,0.018,0.027,0.063 kg/m³)这2种条件下排污口含沙量随排污时间变化的试验结果.分别分析了相同流量不同含沙量以及相同含沙量不同流量条件下,排污口含沙量随排污时间的变化规律,结果表明:排污口含沙量均随排污时间先增大后减小,最后趋于稳定,进而得到排污时间的最小值应为14 s.根据质量守恒建立了排污时间的计算方法,并根据试验结果,对排污时间进行了计算,结果表明:计算得到的过滤器排污时间为15~47 s.结合排污时间试验结果,最终确定卧式自清洗过滤器排污时间为15~30 s.该结果与已有过滤器试验结果和实际工程运行结果均一致,完全可以用于实际工程中卧式自清洗网式过滤器排污时间的确定.     

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.     

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。     

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。     

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。     

滴灌用自清洗网式过滤器排污压差计算方法

对滴灌用自清洗网式过滤器排污压差进行了计算,分别得出了80目和120目过滤器总压差值,并与实测值进行了对比,结果表明两者基本一致;详细分析了流量、含沙情况和过滤时间等约束条件对排污压差的影响规律,结合试验获得了清水和浑水水头损失变化曲线,在保证水头损失不发生急剧上升前提下,给出了两种目数过滤器最佳排污压差值.     

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。     

新型气动自清洗网式过滤器清洗组件结构的设计与优化

作为微灌工程中应用最广泛的过滤器之一的自清洗网式过滤器是保证微灌系统正常运行的核心设备,现状自清洗网式过滤器清洗多为水质清洗,新疆每年的灌溉期都有1～2个月的洪水期,泥沙含量较大,利用水质作为清洗动力源由于耗水量大无法实现长时间的连续清洗,而采用空气作为清洗动力源能够解决连续清洗耗水的问题。而随着水资源的短缺日益加剧,新型气动自清洗网式过滤器的开发将是一种新的发展方向。提出了一种新型气动自清洗网式过滤器清洗结构的设计与产品开发思想,并基于开源计算流体力学软件OpenFOAM,采用simpleFoam方法,通过计算得出的不同时间节点速度、压力分布图,分析发现10～31 s时间段内的压力分布和流速分布趋于稳定,在进口端的0～50 mm段靠近上下两侧边壁处形成固定压力涡流,中间的压力主要指向进口端,速度分布由中间向上下两侧呈现由大到小的趋势;50～80 mm段则出现压力分布较低的现象,速度分布由中间向上下两侧呈现变化不确定的情况;计算分析结果表明,初始模型结构在进口端5～50 mm段靠近上下两侧边壁处存在压力涡流现象。通过在进口端5～100 mm处增加了渐变段的优化设计,结构优化的计算消除了...     

自吸网式过滤器过滤时间与自清洗时间变化规律分析

微灌用过滤器是保证整个微灌系统正常运行的核心过滤设备,开发具有自清洗功能的过滤设备则是研究的重点.在对自吸网式过滤器进行水力性能试验的基础上,分析了自吸网式过滤器过滤时间的变化规律,表明过滤时间的变化并非呈线性规律;分析了自清洗时间的影响因素,指出自清洗时间并不是恒定不变的,而是在其他参数固定时与进水含沙量S0呈反比关系.     

自吸网式过滤器过滤时间与自清洗时间变化规律分析

微灌用过滤器是保证整个微灌系统正常运行的核心过滤设备,开发具有自清洗功能的过滤设备则是研究的重点。在对自吸网式过滤器进行水力性能试验的基础上,分析了自吸网式过滤器过滤时间的变化规律,表明过滤时间的变化并非呈线性规律;分析了自清洗时间的影响因素,指出自清洗时间并不是恒定不变的,而是在其他参数固定时与进水含沙量S0呈反比关系。     

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。     

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。     

旋喷泵内流场的数值计算及性能预

对旋转喷射泵内的流场进行了数值模拟，计算得到了泵内部湍流流场的分布规律，并将计算结果与试验得到的结果进行了对比和分析.对于了解旋喷泵内部流动情况，提高旋喷泵的效率，特别是叶轮和集流管等有关几何参数对泵性能影响，改进旋喷泵的水力设计很有参考价值。     

旋喷泵内流场的数值计算及性能预测

对旋转喷射泵内的流场进行了数值模拟，计算得到了泵内部湍流流场的分布规律，并将计算结果与试验得到的结果进行了对比和分析。对于了解旋喷泵内部流动情况，提高旋喷泵的效率，特别是叶轮和集流管等有关几何参数对泵性能影响．改进旋喷泵的水力设计很有参考价值。     

自动清洗河(渠)水网式过滤器的研究开发

介绍了一种自动清洗河(渠)水网式过滤器的结构、工作原理、主要技术参数、主要工作部件及特点，该过滤器能较大提高生产效率，在不中断工作的情况下完成自清洗。耗费时间短，可调节性强，为今后新建或改造农田供水系统提供一种新型产品。     

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.