Y型网式过滤器流场数值模拟及滤网优化研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vince_yang_666666
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Y型网式过滤器作为微灌系统中常用的过滤设备,其性能影响着整个微灌系统的运行,为探究网式过滤器的水力性能,充分了解网式过滤器内部最初流场、滤芯网面流量分布情况。本文应用计算流体动力学方法对网式过滤器三种入口流速(0.5、1.5、2.5m/s)以及三种滤网目数(60、80、100目)对过滤器流场进行数值模拟,在上述研究的基础上发现网式过滤器网面流量分布上呈现一定规律,滤网有较大的优化空间,为了提高滤网的过滤效率以及抗堵塞能力,提出堵塞部分滤网网孔优化以计算流体力学-离散元法(Computational fluid dynamics discrete element method)耦合的方法,模拟堵塞五种数量(5、10、15、20、10+10)滤网网孔以及不同粒径颗粒(180μm、280μm)对过滤精度为190μm的网式过滤器的颗粒运动,并进行堵塞滤网网孔的流场数值模拟,分析过滤器滤网网孔堵塞对网面颗粒分布、抗堵性能以及流场的影响,经研究发现:(1)过滤器的水头损失集中在出口侧滤芯上,该部分水头损失占总损失的87%;水流在腔体内可分为出口侧加速区、出口侧减速区、堵头回流区和漩涡区四个部分;滤网面流量分布严重不均,高流量区域主要分布在出口侧,入口流速由0.5 m/s增至2.5m/s过程中,网面最大与最小流量均相差3.3倍,滤网目数为60、80、100目时,网面最大与最小流量相差3.3、3.1、2.3倍,且滤网目数在增至100目时,最大与最小流量位置向两侧偏移;堵头处死水区压力大、流速低,泥沙易于沉淀,建议扩大堵头容积以承接更多的泥沙;可以考虑增大腔体体积、改变腔体角度、在入口处设置导流片,从而改善流场分布,建议在滤网上增加环状片体,改善网面流量分布,从而提高过滤器的使用寿命以及过滤效率。(2)随着网孔堵塞数量的增加,过滤器水头损失也在增大;堵塞滤网网孔后流场规律并不明显变化,压力场大小随网孔堵塞数量的增多而增大,当堵塞5个最大流量网孔时,高流速区域面积减小4%,内部速度场分布更加均匀,压力出口处负压面积减小37%,堵塞最小流量网孔,速度场出现断流,压力场出口处负压面积基本不发生变化;网面流量分布中,堵塞5个最大流量网孔时,网面总过流量最大,堵塞5个、10个网孔时,最大流量位置坐标都是向外偏移,最小流量位置坐标基本不变;当堵塞15个、20个网孔时,最大流量位置集中在高流量区域中心位置,相较于无堵塞情况,堵塞5个、10个、10+10个网孔时,高流量区域面积增大19.2%、18.3%、22.9%,使得滤网过滤效率提高。(3)堵塞网孔可以使泥沙颗粒通过率增加,但也会影响其分布的均匀性,堵塞5个、10个、10+10个网孔时其颗粒通过率增加的同时也会变得更加均匀,随着网孔堵塞数量的增多,网面泥沙颗粒数量减少,堵头颗粒增加,且网面泥沙分布变均匀,即堵塞网孔能够改善颗粒在过滤器内部的抗堵性能。结合过滤器内部流场变化、内部水沙运动变化、网面颗粒分布规律以及泥沙通过率的变化,验证了堵塞滤网网孔可以有效地提高过滤器的抗堵性能及过滤效率,且选定了最佳滤网优化方案,即堵塞5个最大流量网孔。综上所述,本文通过对不同工况下的Y型网式过滤器的流场进行数值模拟,为网式过滤器的结构优化提出了理论依据;并提出堵塞最大流量网孔的滤网优化方案,验证了其可行性,选出了最佳方案,为过滤器的结构优化提供了新的思路。
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