卧式自清洗网式过滤器的水力性能理论分析及数值模拟

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeremy008
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目的:自清洗网式过滤器是我国西北地区应用较为广泛的过滤器类型之一,在节水灌溉中起着至关重要的作用。但自清洗网式过滤器在运行过程中罐体封闭,其内部较为复杂的水力特性尤其是水流状况不能直观地通过物理试验进行观察。因此,本文以卧式自清洗网式过滤器为研究对象,得出不同工况下其内部流场的分布规律,进而对其复杂的水力特性进行系统性分析,为卧式自清洗网式过滤器设计和结构优化提供参考依据。方法:通过对卧式自清洗网式过滤器过滤过程和排污过程进行理论分析,确定影响压降和排污效果的影响因素,并得出相关理论公式;利用FLUENT软件对不同工况下卧式自清洗网式过滤器过滤过程和排污过程进行数值模拟,得到其内部流场分布规律。结果:(1)推导得到柱坐标下的过滤器压降表达式,与试验值对比,最大误差为10%;推导并建立了排污系统的旋喷动力、吸附吸力及二者关系理论公式;其次结合过滤器压降表达式,建立了吸附吸力与滤饼层参数的数学表达模型。(2)无滤网条件,清水和浑水工况下从进水口到出水口水流流速呈先减小后增大的变化趋势,在水平方向上罐体内流场均呈对称分布,进水流量越大,进出口压差越大,水头损失也越大,而浑水工况下罐体内压强相较于清水工况更加均匀。有滤网条件,清水和浑水工况,当进水流量相同时,滤网孔径越大,通过滤网平均流速越小,滤网内外压强差越小。当进水流量一定时,颗粒粒径越大,靠近过滤器前部颗粒浓度就越高;当颗粒粒径相同时,随进水流量的增大,出水口颗粒含量增加,靠近过滤器后部的颗粒浓度也增大。(3)清水和浑水工况下排污过程中吸沙组件吸嘴处压强最大,水力旋喷管处压强最小,进水流量越大,内部流速分布越不均匀,进出口的压强差越大。随进水流速的增大,截面平均颗粒浓度逐渐降低;而颗粒粒径增大,截面平均颗粒浓度逐渐增大;对比6组方案,综合考虑各吸嘴压强和流速结果,吸沙组件吸嘴1~4的开口宽度分别为2、4、6和20 mm,旋喷管开口直径为20 mm的设定方案为推荐的最优结构方案。结论:基于理论分析及数值模拟研究了卧式自清洗网式过滤器水力性能及内部流场规律,理论结果和数值模拟结果与试验结果有较好的一致性,可为实际工程中过滤器水头损失的确定、结构优化、颗粒粒径及进水流量的选择提供理论参考。
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