基于PIV的循环式生物絮团系统涡旋分离器内流场研究

为分析循环式生物絮团系统涡旋分离器的内流场特性,基于非接触式流场测试PIV (Particle image velocimetry)技术对试验规模涡旋分离器内流场进行测量,分析了该涡旋分离器在不同水力停留时间工况下(248、83、49 s)涡旋分离器内部流场的合速度、分速度和涡量等分布情况。结果表明:不同水力停留时间条件下,涡旋分离器内套筒内部区域的左下角和上部区域均表现一定的涡旋,同时随着水力停留时间的加快,中间内套筒内的颗粒速度方向大致相同,仅在筒壁附近产生小的二次流,同时沉积仓内的颗粒速度方向趋于一致;虽然水力停留时间加快,但轴向和径向的合速度变化不大,且不同速度占据的比例基本相同;不同工况下顺时针和逆时针涡量基本相同,且水力停留时间越慢,流场的涡量相对越小,并随着水力停留时间加快涡量分布趋向均匀,即高涡量区域逐渐增加; PIV试验由于激光能量一定,其穿透能力有限,因此,对于复杂结构的PIV试验所获得的结果有待改进。     

黄河水泥沙分离用水力旋流器分离效率的研究

在模拟黄河水泥沙分离试验装置上，改变底流口直径、进口压力、进口物料浓度以及进口物料颗粒粒度分布等参数，进行了正交对比试验．通过对不同试验条件下的溢流口悬浮液进行粒级效率分析，定性地总结出旋流器的某些结构和操作参数对分离效率的影响规律．研究结果表明，水力旋流器的分离效率与进料口颗粒分布有关；在进料口悬浮液固相颗粒粒级分布相同的情况下，进料口压力和底流口直径的变化同样对分离效率产生影响．     

串联分离滴灌用黄河水试验研究

针对西北地区黄河流域农业滴灌中黄河水泥沙含量高的问题,设计了碟式分离机,选用了LW-380E型卧螺离心机和FXJ-150-I型水力旋流器,将卧螺离心机、碟式分离机和水力旋流器顺次串联进行黄河水泥沙分离。通过三因素二次正交旋转回归试验设计,考察了卧螺离心机差转速、碟式分离机喷嘴直径以及旋流器旋流入口压力对黄河水泥沙分离效率的影响,得出分离效率与影响因素的回归模型。通过方差和效应分析得出:旋流入口压力和差转速对分离效率的影响极显著,喷嘴直径对分离效率的影响显著;水平优化表明,黄河水泥沙分离的最佳参数是旋流入口压力为1.2 MPa,差转速为9.4 r/min,喷嘴直径为0.8 mm。     

进料流量对深海矿石输送设备内流特性影响分析

为研究进料流量对深海矿石水力输送设备内固液流体流动规律及工作性能的影响,建立了由储料罐、钟阀与分离器所组成的设备的三维流场模型,应用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对矿石水力输送设备内固液两相流场进行数值模拟,比较不同进料流量对矿石水力输送设备内颗粒浓度、速度、压力分布的影响,进而分析进料流量对矿石颗粒流入储料罐的速度、矿浆分离效率等工作性能的影响.结果表明:进料流量在200 ~320 m³/h内变化,储料罐不同截面处颗粒平均浓度稳定在8 kg/m³左右,最大浓度增大明显;随着进料流量增大,流体运动趋势更加复杂,流动愈加混乱,局部短路回流更加严重,储料罐内浆体压力逐渐增大,不同截面处静压力增大梯度相近,最大动压力变化幅度明显;随着进料流量增大,矿浆分离效率下降,分离器底部矿石颗粒堆积量增加,矿石颗粒流入储料罐的效率下降,实际工作过程应控制进料流量在280 m³/h以下.     

基于模糊神经网络的油水分离水力旋流器研究

油水分离水力旋流器广泛应用在各国石油工业,构建了基于模糊神经网络的油水分离水力旋流器模型。根据水力旋流器的实际生产条件,将水力旋流器入口的物性参数和分离期望值作为模糊神经网络模型的输入层节点,将旋流器的操作参数和结构参数作为模糊神经网络模型的输出层节点,实现了旋流器结构参数和操作参数的优化,并用实例证明了此模型的有效性。     

轻质分散相单锥水力旋流器的分离性能预测

给出了轻质分散相单锥水力旋流器的分离效率的计算方法。该方法不需要用实验数据拟合待定系数在流量、分流比及物性参数变化时，计算结果均能与Thew的实验数据很好地吻合。在此基础上，对水力旋流器的分离性能进行了预测。     

水泵启动时间对灌溉水力旋流器性能的影响

为解决在水泵启动阶段圆锥型水力旋流器过滤性能较差的问题,利用变频控制技术,以DN50圆锥型灌溉用水力旋流器为研究对象,对含沙质量分数分别为0.451%,0.266%和0.124%的3种水沙混合液分别进行了5,15,30,60和90 s 的5种启动时间,15,30,90和120 s 的4种启动时间以及15,30,60和90 s的 4种启动时间的水沙分离性能试验研究.试验结果表明：水泵启动时间越短,大粒径颗粒的分离效果变差,而启动时间越长,小粒径颗粒的分离效果变差;启动过程中水力旋流器的总分离效率及分级性能随时间均呈现先差后好最后趋于稳定的规律;在相同启动时间的同一时刻下,分级性能随颗粒粒径的增大呈现有规律的波动性变化,0.2 mm以上粒径级沙粒的分离效果最好.结合总分离效率规律,推荐DN50圆锥型水力旋流器在工作流量为15 m3/h时的水泵最佳启动时间为30 s.     

水泵启动时间对灌溉水力旋流器性能的影响

为解决在水泵启动阶段圆锥型水力旋流器过滤性能较差的问题,利用变频控制技术,以DN50圆锥型灌溉用水力旋流器为研究对象,对含沙质量分数分别为0.451%,0.266%和0.124%的3种水沙混合液分别进行了5,15,30,60和90 s的5种启动时间,15,30,90和120 s的4种启动时间以及15,306,0和90 s的4种启动时间的水沙分离性能试验研究.试验结果表明：水泵启动时间越短,大粒径颗粒的分离效果变差,而启动时间越长,小粒径颗粒的分离效果变差;启动过程中水力旋流器的总分离效率及分级性能随时间均呈现先差后好最后趋于稳定的规律;在相同启动时间的同一时刻下,分级性能随颗粒粒径的增大呈现有规律的波动性变化,0.2mm以上粒径级沙粒的分离效果最好.结合总分离效率规律,推荐DN50圆锥型水力旋流器在工作流量为15 m3/h时的水泵最佳启动时间为30 s.     

基于CFD的循环生物絮团系统涡旋分离器结构参数优化

为提高循环生物絮团系统涡旋分离器分离效率,以欧拉-欧拉多相湍流模型为理论框架,运用计算流体力学技术,对3种不同筒径比α涡旋分离器内固液两相三维流动进行了数值模拟,并分析了相关速度云图、速度矢量云图、流体迹线云图、内部固相分布以及出口处固相体积分数变化等。模拟结果表明:在进水口进水速度为0.36 m/s时,随着筒径比α的增大,3种涡旋分离器套筒外侧以及进水口以下部分速度流场差别较小,但套筒内流场湍流逐渐加剧,同时,套筒外侧附近和套筒内部,涡旋逐渐加剧,增加能耗,且不利于固体颗粒的沉积,总体而言,涡旋分离器在α为1.5之后分离效率下降,并保持相对稳定,具体表现为,当涡旋分离器α为1.5时,内部固相体积分数相对较高,而出口处固相体积分数较低,随着α增大,其分离效率由α为1.5时的27%降至α为2.0时的17%,并随着α再次增至2.5时,分离效率保持基本不变。涡旋分离器流场速度的实测结果与模拟结果基本一致,而分离效率存在一定差异,但是变化规律相同,表明数值模拟在优化涡旋分离器结构方面是可行的。     

黄河水泥沙分离用水力旋流器的溢流颗粒中位径分析

应用水力旋流器进行黄河水泥沙分离时,溢流口悬浮液的颗粒粒度分布和平均粒径的大小是评价水力旋流器分离性能的重要指标.在模拟黄河水泥沙分离试验中,通过改变旋流器某些结构和操作参数,进行正交对比试验,然后对不同试验条件下溢流的颗粒进行中位径分析,定性地总结出旋流器的某些结构和操作参数对分离性能的影响规律.结果表明,当进料口悬浮液中位径为3.5 μm时,进口压力高于0.06 MPa,分离产品的中位径才明显减小.进口压力从0.06 MPa升至0.07 MPa时,分离产品的中位径下降了65.6%.当进口压力大于0.07 MPa时,分离产品的中位径变化不明显.当进料口悬浮液中位径等于3 μm,进口压力为0.05 MPa时,底流口直径从14 mm升至16 mm,分离产品的中位径下降了68.4%.     

高含沙量黄河水滴灌泥沙分离系统研究

针对高含沙量黄河水不易用于滴灌的问题,应用旋流分离技术结合网式过滤技术对黄河水泥沙进行分离。根据黄河水的特征,利用Rietema公式进行理论计算,选取合适的旋流分离器。采用基于颗粒动力学理论的混合多相流模型与有限体积法对高浓度水沙空气三相三维流动进行模拟研究,分析内部流场,改进旋流器结构。实际应用结果表明：改进后旋流分离器与网式过滤器组成的多级泥沙分离系统能有效分离高含沙黄河水,而且耐用性强、易于维护,为滴灌系统稳定有效的工作提供保障。     

马铃薯淀粉全旋流分离系统计算机模拟

在对现有分离系统分析的基础上，根据近几年的生产实践及在实验台上测量的数据，利用数学应用软件Matlab中的SIMULATE功能模拟实际生产过程。通过对全旋流分离马铃薯淀粉过程的计算机模拟，可以在已知进料流量、淀粉浓度、进水量以及各级配置的情况下得出各级的分离情况以及整个系统分离状况，以达到预测的目的；可以指导全旋流分离系统的优化设计并为调试安装节省大量的人力和物力。     

基于CFD-DEM耦合的迷宫流道水沙运动数值模拟

基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日固液多相湍流模型,针对灌水器迷宫流道内水沙运动进行了CFDDEM耦合数值模拟研究,分析了迷宫流道内流体流场、单个沙粒的轨迹线、速度和沙粒群的运动规律、分布特性等。结果表明:沙粒在流道深度中心面附近分布较多,靠近边壁较少,随着流道深度减小,流道内沙粒的体积浓度成倍上升。流道深度越小,流道深度(Z方向上)水流运动速度越小,随着沙粒Z方向上运动速度增大,沙粒群穿过中心面次数越多,撞击边壁的次数越多,流道深度0.6 mm的撞击边壁次数是1.4 mm的7.01倍,边壁撞击次数的增加使沙粒高频率改变原有运动方向,增加了沙粒之间,沙粒与壁面之间的碰撞,该运动情况降低了沙粒运动速度,减少了动能,不利于沙粒通过迷宫流道,增加了堵塞几率。该方法可分析大量沙粒个体和群体运动,以及群体分布情况,从微观角度了解迷宫流道内沙粒运动,是迷宫流道结构设计的有效手段之一。     

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。     

Influence of fine particle size and concentration on the clogging of labyrinth emitters

The evolution of drip emitter clogging with labyrinth channel was investigated experimentally to study the fine particle size and concentration effects in the irrigation water. Short-term clogging tests were performed using muddy water containing particles with 8 different sizes (all less than 0.1 mm). The particles used in this study were composed of fine sands, slit and clay. Afterwards, verification tests were conducted to prove the results obtained from short-term clogging tests. The impacts of particle size and particle concentration in muddy water on emitter clogging were analyzed by means of calculating the mean discharge and the Christiansen uniformity coefficient. The results showed that for particles that were smaller than 0.1 mm in diameter, sediment concentration significantly affected clogging. The clogging level of emitters increased with raising the concentration. Especially when the sediment concentration was higher than 1.25 g/L, the impacts became remarkable. On the other hand, the sensitive sediment particle range that could get emitters clogged easily was found. In this study, the sensitive particle range were D6 (0.038–0.034 mm) and D7 (0.034–0.031 mm) The results aim to help in improving drip irrigation methods using water with high sediment concentration and providing experimental data for optimization design of emitter channel.     

不同含沙率浑水膜孔灌三维Green-Ampt入渗模型

通过室内浑水膜孔灌入渗试验,基于三维Green-Ampt模型建立相关的物理模型,研究浑水含沙率对浑水膜孔灌自由入渗的影响.将浑水泥沙对水分入渗的影响概化为水土界面沉降层的减渗作用,以清水膜孔灌为基础,得到不同含沙率下水土界面沉积层减渗作用随时间的变化规律.研究结果表明,沉淀层减渗作用随着浑水含沙率的增大而增大,含沙率越高,减渗作用越明显,同一含沙率浑水减渗作用与时间具有较好的幂函数关系,该减渗作用力最大值出现在土壤水分入渗初期,前30 min减渗作用力明显较大,30 min后减渗作用力变化趋势逐渐减小,100 min后基本趋于稳定状态.该研究为后续浑水膜孔灌自由入渗研究奠定了基础,而且在灌溉理论发展和实际应用方面具有重要的科学价值.     

浑水特性与水温对滴头抗堵塞性能的影响

为探明迷宫流道滴头发生物理堵塞的成因及过程,采用分段粒径浑水周期间歇滴灌的试验方法,分别对含沙量、泥沙颗粒粒径和水温对滴头堵塞发生过程的影响进行研究。结果表明:对于泥沙颗粒粒径小于0.1 mm的浑水滴灌而言,粒径越小越易造成滴头堵塞,且其堵塞程度随浑水含沙量的升高而急剧升高;存在造成滴头堵塞的敏感粒径范围,在夏季灌溉时小于0.031 mm的粒径为易堵塞粒径;水温是影响滴头堵塞的重要因素,水温越高滴头的抗物理堵塞性能越好。     

肥沙混施对盐碱地冬小麦耗水特性与生长的影响

为解析春限一水条件下盐碱地改良措施对小麦耗水和产量调控作用,于2015—2018年连续3个冬小麦生长季,设置耕层掺黄河泥沙(SS)、配施生物有机肥(FF)和掺黄河泥沙配施生物有机肥(SF) 3个处理,以不作处理为对照(CK),研究不同处理下农田土壤水分变化和冬小麦干物质积累规律。结果表明:连续3年产量水平为3 317. 77～5 449. 52 kg/hm~2,各处理间以SF处理的籽粒产量最高,该处理与CK相比,籽粒产量提高35%～51%;总耗水量变幅为352. 85～394. 89 mm,不同处理间总耗水量均以CK最低,以SF处理最高(361. 81～394. 89 mm);农田水分利用效率变幅为9. 01～13. 96 kg/(hm~2·mm),以SF处理最高(12. 02～13. 96 kg/(hm~2·mm)),比CK高33%～48%,其次为FF处理和SS处理,分别比CK高9%～32%、9%～18%。SS或FF处理可增加冬小麦拔节前0～200 cm土层贮水量,增大拔节至成熟阶段的耗水量及其占总耗水量的比例,促进冬小麦对土壤贮水和深层土壤水分的利用,最终提高冬小麦的生物量和籽粒产量。冬小麦籽粒产量与干物质积累量、总穗粒数呈显著正相关;水分利用效率与冬小麦耗水量、产量呈二次曲线关系。在本研究条件下,随着籽粒产量提高,水分利用效率快速增加;而随耗水量增加,各处理间水分利用效率增减表现不同。综合考虑产量、收获指数和水分利用效率,确定掺黄河泥沙配施生物有机肥处理(SF)是本研究条件下的最佳处理。