典型鱼雷网式过滤器的试验研究及数值模拟

发布时间：2020-08-04 07:04

【摘要】：鱼雷网式过滤器是一种新型的除沙设备(由于核心部件的形状与水中兵器鱼雷类似,因此而取名)。其由鱼雷、罐体、滤网、自动控制器等部分组成。本文采用了物理模型试验、数值计算、现场测试及理论分析对鱼雷网式过滤器进行了研究,从而揭示该过滤器在清水和浑水条件下不同出水口、不同流量对水头损失和过滤时间的影响,提出其运行的关键技术参数,揭示加入鱼雷后的过滤器内部流场,探讨不同出水口位置、流量、滤网目数对该过滤器的影响,基于DPM模型对悬浮颗粒进行追踪及颗粒分布情况的探讨,所得结果将为鱼雷网式过滤器的进一步应用提供技术保障和理论支撑。(1)在清水条件下鱼雷网式过滤器的水头损失随进水流量的增大而增大,80目鱼雷网式过滤器的水头损失大于120目,这是因为滤网内装入鱼雷部件而提高滤网轴向方向流速、滤网丝径及表面粗糙度有关。(2)在进水含沙量基本不变,进水流量在240m3/h~360m3/h范围内变化,试验结果表明,出水口位置在0.52m和0.72m时,水头损失随进水流量的增大而增大,水头损失随过滤时间的变化呈现以初始水头损失值为基准基本保持不变、逐渐减小及逐步增长和急剧增大三个阶段;进水流量在240m3/h~300m3/h内,过滤时间随进水流量的增大而变长,在300 m3/h~360m3/h范围内,过滤时间随进水流量的增大而缩短,进水流量为300m3/h时,80目和120目鱼雷网式过滤器过滤时间均为最长。出水口在0.92m位置时,水头损失随进水流量的变化呈现随进水流量的增加而逐步增加的趋势;过滤时间随进水流量的增大而缩短,鱼雷网式过滤器的最优出水口位置为距进水口0.52m处。(3)出水口位置在0.52m,进水流量为300 m3/h,在使用两组不同进水含沙量(80目:0.1214g/L、0.1420g/L、0.18003g/L、0.2755g/L、0.3581g/L及0.3935g/L;120目:0.0874g/L、0.1211g/L、0.1311g/L、0.1512g/L、0.1658g/L及0.1934g/L),这两种过滤精度的过滤器水头损失曲线出现拐点的时间和过滤时间随进水含量的增加而缩短,水头损失达到4.0m时就均出现拐点,80目鱼雷网式过滤器出现拐点后的水头损失变化梯度大于120目;80目的过滤时间长于120目。(4)通过理论计算和物理模型试验,得出80目和120目鱼雷滤网过滤器的最优排污压差值为0.04Mpa,最佳排污时间为40s~50s。(5)由数值模拟分析得出,鱼雷网式过滤器的进、出口边界条件,以及鱼雷部件对其内部流场影响很大,尤其是鱼雷部件的影响尤为突出,改变了水流的运动特性;滤网内外侧水流流速及压力呈现一定的规律:流速沿X轴的变化呈现三个阶段:流速迅速增加阶段、流速迅速减小阶段和流速缓慢减小阶段;滤网内外压差在进口很大,然后沿X轴逐渐减小,最大压差为23kPa,最小压差为0.5kPa。(6)基于DPM模型对悬浮颗粒进行追踪,得知污水经鱼雷末端的直径为20mm的小孔流入鱼雷部件内腔,从其头部直径为10mm的小孔流出,形成内外水流循环,结果大部分泥沙颗粒聚集在鱼雷部件内腔,从而延长过滤时间。(7)灌溉水源为地表水,有机物含量超过10 mg/L和污物颗粒尺寸大于10μm的情况下,鱼雷网式过滤器与砂石过滤器配套串联组合应用可更加充分发挥除沙过滤效果。(8)离心过滤器水沙分离效率为92%~98%,当灌溉水源为地下水时,鱼雷网式过滤器与离心水沙分离器配套组合使用,过滤时间更长。(9)地表水、城市及工业污水等作为微灌水源,并在水中有机物含量小于10mg/L,在微灌系统首部前有一级过滤设施的条件下,单独使用鱼雷网式过滤器可满足微灌水质要求。本文对鱼雷网式过滤器作了较为系统深入的研究,研究成果为鱼雷网式过滤器优化结构参数、在实际应用中选择最优操作参数及今后的深入研究奠定一定的理论基础和依据。
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV149
【图文】：

(a)滤网外围保护层 (b)滤网编织图 3-1 鱼雷网式过滤器滤网外围保护层打孔及滤网编织图Fig.3-1 Perforated cylinder and weavewire of torpedo screen filter在确定过滤器滤网规格之前，必须对灌溉水源水质和微灌系统灌水器的流道尺寸

图 3-4 80 目和 120 目鱼雷网式过滤器滤网堵塞趋 clogging development of the 80 and 120 mesh torpe出，进水流量小于额定设计流量 300m3/h 前大，并且流量越大，水头损失曲线发生急剧

同时随过滤时间的进行，滤网内侧表面出现滤饼，因而很快将鱼雷滤网堵塞。头损失拐点出现，过滤器进出口压差很短的时间内达到自动冲洗控制器事先设置Δp=0.1MPa。不过在实际大田灌溉中，微灌系统首部都均配有蓄水池如图 3-15其体积一般为室内蓄水池的 5-10 倍。

本文编号：2780216