基于多孔介质模型下微灌网式过滤器CFD湍流模型选择及流场分析

应用Fluent软件可快速准确地进行流场分析,但针对微灌网式过滤器,如何构建流体模型以及如何选择湍流计算方法,值得探讨。基于多孔介质模型,分别采用3种不同湍流模型计算方法对过滤器展开了数值模拟,并以AZUD-M100网式过滤器为样品进行了对比试验。结果表明,不同湍流模型有一定差异,标准k-ε模型、Realizable k-ε模型的模拟值与试验结果偏差在3%以内,具有更高的精度,基于多孔介质模型的标准k-ε模型或Realizable k-ε模型更适合过滤器的数值模拟。研究了微灌网式过滤器内部流动规律,发现压力损失主要发生在滤网2侧;进出水管路与滤筒间的夹角,以及其交界处过流截面的骤变易产生速度、压力、湍动能的变化,造成流动紊乱和能量损失。     

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。     

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.     

微灌用砂石过滤器全流场数值模拟与试验

为了充分了解微灌用砂石过滤器内部流场分布情况,利用同CFD相同数学原理的FloEFD流体仿真软件,采用多孔介质模型将砂石滤床的阻力特性作为三维数值模型的边界条件,对过滤器内部全流场进行数值模拟。结果表明:过滤器内部元件和出水口边界条件对过滤器的速度流场和压力场分布规律影响较大,基于多孔介质模型的计算流体力学方法对砂石过滤器的数值模拟精度较高,数值模拟结果与试验结果较吻合,可以准确地预测过滤器水力性能。     

微灌用自清洗网式过滤器自清洗结构流场分析与优化研究

自清洗过滤器是灌溉节水系统关键设备,随着微灌系统自动化程度提高,对该设备要求也越来越高。为此,在概述了过滤器特点及原理的基础上,运用FLUENT流体软件对自动清洗结构进行流场分析,得出速度矢量分布图,在此基础上,根据吸管流速相对方差与相对极差的计算结果,改变排污管、吸管部位的直径,使各个吸管的流量基本保持一致,达到吸污...     

离心泵叶轮内部湍流流场的数值模拟

为了进一步探索泵叶轮内部三维流场的参数、为泵的设计提供理论依据，以IB50-32-250离心泵叶轮的设计参数为依据．根据叶轮内部湍流流动的通用方程建立湍流模型，利用ANSYS8．0对离心泵叶轮内部流场的速度、压力进行数值模拟，初步得出了叶轮内部流场主要特征和分布规律．对研究流体机械叶轮部件内部的流动情况具有参考价值。     

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。     

Y型网式过滤器多目标优化正交试验

为了提高Y型网式过滤器水力性能和抗堵塞性能,以出口与筒体间夹角、入口缩小比、导流片高度和导流片圆心角为试验因素,采用CFD-DEM耦合和物理试验相结合的方法对过滤器内部的过滤过程进行探究。通过系列数值模拟正交试验结果的极差分析探索各因素对水头损失、中速过流量区域面积占比、颗粒分布相对标准偏差及拦截率4个指标影响的敏感度,结果表明：中、高速过流量区域均集中在出口侧,当出口与筒体间夹角越小时,出口截面积与其呈正相关,且对应中速过流区面积越大,水力性能越好。颗粒集中通过区域与中速过流量区域相对应,入口缩小比的增大使颗粒分布越均匀,抗堵塞性能越好。结构优化参数组合为：出口与筒体间夹角35°、入口缩小比22/26、导流片高度10mm、导流片圆心角90°,其中夹角对综合指标影响最为显著,是结构设计的关键参数。与改进前相比,水头损失减小了36.6%,相对标准偏差减小了43.26%,拦截率提高了3.93个百分点,中速过流量区域面积占比增加了15.77个百分点,表明了优化方案的有效性。研究结果可为网式过滤器的优化设计提供参考。     

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。     

大田滴灌用网式过滤器滤网堵塞成因分析

过滤器是滴灌系统中最核心的设备,其中网式过滤器以其良好的过滤性能保障了滴灌系统的正常运行,在我国新疆等西北地区农业滴灌系统中应用最广泛。但其应用过程中也存在滤网清洗不彻底以及堵塞的问题,为此,在对网式过滤器滤网堵塞成因及机理进行全面论述基础上,分别从水源水质、不同滤网类型、反清洗设计问题以及水肥一体化对滤网的化学影响等方面对滤网堵塞成因进行了详细的分析,并提出相应对策;这为今后深入研究滤网堵塞机理、解决滤网堵塞问题提供一种思路,为进一步研制更适用西北地区的农业滴灌过滤设备提供理论依据。     

涡旋压缩机压力腔内流场分析

由于涡旋压缩机的内部结构,利用常规实验测量的方法来获得涡旋压缩机工作时的瞬时流场信息十分困难。基于Fluent的动网格技术完成了三维涡旋压缩机压力腔内瞬态流场仿真,得到了各个转角位置的温度、压力变化过程以及生动丰富的瞬时流场信息,为涡旋压缩机的优化设计提供了理论参考。     

双风机圆筒筛清选机构内流场的试验研究

分析了双风机圆筒筛清选机构的清选原理,测量了该机构两种条件下的流场,分析了流场的特点及风机运动参数、位置参数变化对流场的影响规律,指出了流场的理想状态及改善清选性能的途径.     

混流泵非均匀轮缘间隙流场数值计算

为了研究非均匀轮缘间隙下混流泵叶轮内部流场,基于RNG k-ε模型,采用SIMPLEC算法对混流泵在0、0.3、0.5 mm偏心距下的内流场进行数值模拟,对比分析了有、无偏心状态下混流泵外特性、叶片表面静压分布、周向压力和湍动能分布以及轮缘间隙流场的流线分布。研究结果表明,数值模拟采用的网格类型、湍流模型能够较为准确地计算混流泵的内部流动特性。0.5 mm偏心距下混流泵扬程最大下降了9.8%,设计工况点效率下降了4.3%,高效点向大流量偏移;偏心对混流泵叶轮进出口压力分布影响较大,靠近偏心一侧的叶片出口轮缘处压力分布呈现沿径向梯度分布趋势且周向压力分布严重不均;非均匀轮缘间隙严重干扰了端壁区流场,使轮缘间隙流场的泄漏流、二次流等不稳定流动现象明显增多,湍动能耗散随着偏心距增大不断加剧,水力损失增大,是造成效率下降的主要因素。     

多孔介质壁面条件下微尺度流动的数值模拟

利用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元,建立了一种新的微尺度化流场的数值模拟方法.多孔介质模型厚度由微通道壁面相对粗糙度折算,多孔介质的阻力系数由该区域内的流态及阻力计算;配合采用k-ε和k-ω多种形式的湍流模型,对边长为600μm的方形断面微通道流场在雷诺数分别为100和300的情况下进行了数值模拟计算.通过模拟结果与Micro-PIV测量数据的对比分析发现,采用realizablek-ε湍流模型,搭配多孔介质微尺度化模型进行数值计算,能够有效地模拟微尺度流场的流动状况,而标准k-ε湍流模型和RNGk-ε湍流模型的微尺度模拟计算结果虽接近试验测量值,但仍有偏差;标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型的微尺度模拟效果较差.