Y型网式过滤器水沙运动规律研究

发布时间：2020-05-24 06:19

【摘要】：Y型网式过滤器作为一款农业灌溉领域常用的过滤设备,其性能影响整个微灌系统的正常使用。网式过滤器的性能分为水力性能、过滤精度和抗堵能力。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,直观的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。(1)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%。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8.21L/h~(-1)位于出口侧滤网上端,最低流量1.71L/h~(-1)位于进口侧滤网中心,前者是后者的5.9倍;(2)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来提高过滤器过滤效率。(3)对于通过滤网的颗粒(d190μm),入口流速越高,颗粒通过点越集中;对于拦截颗粒(d190μm),当粒径接近孔径190μm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,粒径孔径比大于2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。随着流速的增加,循环流冲击力增大,网面捕获的泥沙数量与平均粒径减少,堵头内泥沙数量与粒径增大,导致网面泥沙的分布集中,网面清洁度增大,抗堵塞性能提高,容易产生局部堵塞,过滤性能。综合分析,流速0.5m/s以上过滤器性能无明显差别,故0.5m/s为最经济流速。综上所述,由于网式过滤器的堵塞受水沙运动影响,而水沙运动又受到泥沙粒径、过滤速度等影响的综合影响,故结构设计上应多采用平顺的过渡结构,避免产生滞流区和集中过流,并实际生产时应根据需求和设备运行情况选用合适的过滤速度。
【图文】：

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昆明理工大学硕士学位论文9第二章材料与方法2.1试验材料与方法2.1.1试验材料在昆明理工大学农业与食品学院内进行网式过滤器性能的相关试验，室内温度保持在20°c左右，试验分为清水试验与浑水试验，两者均采用同一套系统。试验装置如图1所示，由水箱、潜水泵（额定扬程20m，额定流量30.0m3/h，功率3.0kW）、网式过滤器、压力表、流量计以及相应的管道连接件组成。图2.1网式过滤器平台实验设计图1、水箱;2、潜水泵;3、阀门;4、减压阀;5,流量计;6,压力表;7、过滤器;8、取样口;9,回流管Figure2.1.Schematicdiagramoftheexperimentalsetup试验用土：取云南地区常见的红壤土，通过反复水洗和烘干去除土壤中含有的悬浮杂质，浑水实验时选用的试验用土的粒径孔径比应当在0.34~2.7之间，相应的根据网式过滤器的精度200μm选择过滤精度为125μm与400μm的筛网对土样进行筛分。将得到筛分后的土样进行烘干，后与市面上购置的石英砂（80目）按1:1的比例搅拌形成实验用泥沙。试验用清水：取自城市用自来水，密度为998kg/m3，粘度0.001kg/m·s，，呈偏酸性，不与滤网发生化学反应。

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昆明理工大学硕士学位论文11的散射光是有大颗粒引起的；大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的。通过不同角度的散射光的分析的强度就可以计算出相应粒径颗粒的数量和百分比。激光粒度仪因此具有精度高、重复性强，测量范围广、速度快的特点[64]。本文使用英国Malvern仪器有限公司生产的2000型激光粒度仪测量试验用浑水中泥沙粒径分布，其测量范围为0.02~2000μm，精度为1%。图2.2试验浑水泥沙粒径分布图Fig.2.2Distributionofsedimentparticlesizeinexperimentalsandywater表2.1试验浑水泥沙粒径特征参数Table2.1Characteristicparametersofsedimentparticlesizeinexperimentalsandywater特征参数D10D50D75D90粒径（μm）125.14278.19373.25462.86通过激光粒度仪测量试验浑水中的颗粒分布，如图2所示为试验浑水中的颗粒粒径分布，类型为累计百分比曲线，其横坐标为颗粒的粒径，纵坐标为累计质量百分比。表1为试验浑水泥沙粒径特征参数，累计质量百分比50%对应的颗粒粒径称为D50，同样累计质量百分比90%对应的颗粒粒径称为D90，上述两者均为表征颗粒粒径分布的重要参数。2.1.3过滤器的清水试验清水试验又称为水力性能试验目的在于通过试验测量的手段求解网式过滤器的过流量与水头损失之间的关系式并与数值模拟的拟合结果进行对比，分析数值模拟与实际模型之间的差异大校调节阀门使网式过滤器在额定流量下正常运行，此时网式过滤器两端的压力表之差即为网式过滤器的额定水头损失。根据网式过滤器的额定水头损失选取实验变量，调节阀门使网式过滤器的两端压差达到实验变量值。选用体积法测量过滤器的过流量，每次试验持
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S277.9

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