【摘 要】
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目的:过滤器在过滤水中杂质时,保证滴头的正常出流,使滴灌系统正常工作。因此,研发先进的节水设备对节约水资源、提高滴灌系统的运行效率有现实意义。叠片过滤器常作为二级过滤,但由于市场上常见传统叠片过滤器叠片流道为直线型,其横截面为三角形,水流进入叠片后和流道壁面接触摩擦,产生较大的水头损失,基于此问题,本研究通过开展叠片流道结构优化设计研究,创新提出一种新型过滤叠片,即离散型流道叠片,通过减小水流和流
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目的:过滤器在过滤水中杂质时,保证滴头的正常出流,使滴灌系统正常工作。因此,研发先进的节水设备对节约水资源、提高滴灌系统的运行效率有现实意义。叠片过滤器常作为二级过滤,但由于市场上常见传统叠片过滤器叠片流道为直线型,其横截面为三角形,水流进入叠片后和流道壁面接触摩擦,产生较大的水头损失,基于此问题,本研究通过开展叠片流道结构优化设计研究,创新提出一种新型过滤叠片,即离散型流道叠片,通过减小水流和流道壁面的接触摩擦来提高叠片过滤器的水力性能。方法:通过物理试验测定离散型流道叠片过滤器在流量为0.5～2.5 m~3/h时的水头损失,将实测的进出口压力值作为数值模拟的设定值,输出出水口流量,验证数值模拟的可靠性。采用Fluent19.0对清水条件下离散型流道叠片的3种叠加方式进行流场模拟,分析流道内部流速场、压力场,并基于流场分布规律对离散型流道叠片进行结构优化。针对优化后的叠片叠加方式进行水力性能和过滤性能试验,并与国内传统叠片过滤器进行对比,重点测试了两种叠片过滤器的水头损失、除沙率、拦沙量、拦截泥沙粒径分布、泥沙在流道内分布均匀性等指标。结果:（1）清水试验中,离散型流道叠片过滤器水力性能提升33.5%～50%;含沙水试验中,离散型流道叠片过滤器水力性能提升18.85%～47.07%。（2）由流场分布可得,流量一定时,流速与过流断面面积成反比,过流面积越大,流速越小,水头损失越小,离散型流道的平均过流断面面积较大,故水头损失小。由压强分布云图和湍动能分布云图可得,离散型流道中,凸台分离排列改变了连续型流道,使沿程水头损失减小,此时水头损失主要以局部水头损失为主;直线型流道中,水流沿三角形壁面流动时产生的水头损失以沿程水头损失为主。（3）流量为1.5 m~3/h时,以拦沙量为评价指标,离散型流道叠片过滤器的过滤效果提升了6.32%。凸台的分离排列,为水流中漩涡区发展提供了更多的可能,较直线型流道叠片过滤器拦截更多的泥沙颗粒。（4）以堵塞均匀度ημ为评价指标,离散型流道叠片过滤器的过滤效果提升了1.5～2.5倍。离散型流道叠片过滤器ημ随含沙水浓度的增大而减小,因此,含沙水浓度较高时,离散型流道叠片过滤器也能适用。（5）不同进水含沙量下,离散型流道叠片过滤器拦截粒径小于53μm颗粒占比高于传统叠片过滤器,说明离散型流道叠片过滤器具有更好的泥沙拦截能力。结论:离散型流道叠片的流道结构影响着过滤器的水力性能和过滤效果,其水力性能的提高主要依据离散型流道内部凸台分离排列提供了较大的有效过流面积,减小了水流与壁面的接触摩擦。综合考虑离散型流道叠片对工作性能的影响,可以通过优化凸台尺寸、凸台叠加方式来提升其工作性能。
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