【摘要】：Y型網(wǎng)式過濾器作為一款農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域常用的過濾設(shè)備,其性能影響整個微灌系統(tǒng)的正常使用。網(wǎng)式過濾器的性能分為水力性能、過濾精度和抗堵能力。過濾器內(nèi)部的水沙運動復(fù)雜且多變,初始狀態(tài)下沙粒分布的不均導(dǎo)致濾芯產(chǎn)生局部堵塞,改變了水流流態(tài)并進(jìn)一步影響后續(xù)沙粒運動和分布。本文以CFD-DEM(Computational fluid dynamics,CFD,Discrete Element Method,DEM)耦合模擬Y型網(wǎng)式過濾器內(nèi)部流場變化與沙粒運動及分布,直觀的反映了濾芯對水流的流動阻力特性與對沙粒運動分布影響。(1)過濾器內(nèi)部存在明顯的回流區(qū)、旋渦區(qū)及滯流區(qū),導(dǎo)致各過濾面流速不均,出口一側(cè)流速大,進(jìn)口一側(cè)流速小,兩者相差39%。濾網(wǎng)兩側(cè)的壓差占總壓差的77%。網(wǎng)面流量呈階梯分布,最大流量8.21L/h~(-1)位于出口側(cè)濾網(wǎng)上端,最低流量1.71L/h~(-1)位于進(jìn)口側(cè)濾網(wǎng)中心,前者是后者的5.9倍;(2)隨著時間的變化,過濾器內(nèi)流場變化明顯,沙粒堆積依次出現(xiàn)在出口側(cè)下端面、出口側(cè)上端面、進(jìn)口側(cè)下端面、進(jìn)口側(cè)上端面上,最終布滿整個濾芯。在濾芯的4個過濾面中,出口側(cè)上端面流速大而沙粒堆積最少,進(jìn)口側(cè)上端面流速小而堆積最多,由此可見出口側(cè)上端面具有更好的過濾性能,可適當(dāng)提高該處過水面來提高過濾器過濾效率。(3)對于通過濾網(wǎng)的顆粒(d190μm),入口流速越高,顆粒通過點越集中;對于攔截顆粒(d190μm),當(dāng)粒徑接近孔徑190μm時,顆粒穩(wěn)定附著在濾網(wǎng),增加入口流速使顆粒向側(cè)面濾網(wǎng)聚積并產(chǎn)生局部堵塞,粒徑孔徑比大于2時,顆粒在內(nèi)腔中不停運動,難以穩(wěn)定附著在濾網(wǎng);降低入口流速將提高顆粒分布的均勻程度,延長過濾器高效段時間,減少沖洗難度。隨著流速的增加,循環(huán)流沖擊力增大,網(wǎng)面捕獲的泥沙數(shù)量與平均粒徑減少,堵頭內(nèi)泥沙數(shù)量與粒徑增大,導(dǎo)致網(wǎng)面泥沙的分布集中,網(wǎng)面清潔度增大,抗堵塞性能提高,容易產(chǎn)生局部堵塞,過濾性能。綜合分析,流速0.5m/s以上過濾器性能無明顯差別,故0.5m/s為最經(jīng)濟(jì)流速。綜上所述,由于網(wǎng)式過濾器的堵塞受水沙運動影響,而水沙運動又受到泥沙粒徑、過濾速度等影響的綜合影響,故結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)多采用平順的過渡結(jié)構(gòu),避免產(chǎn)生滯流區(qū)和集中過流,并實際生產(chǎn)時應(yīng)根據(jù)需求和設(shè)備運行情況選用合適的過濾速度。
【圖文】：

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文9第二章材料與方法2.1試驗材料與方法2.1.1試驗材料在昆明理工大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品學(xué)院內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)式過濾器性能的相關(guān)試驗，室內(nèi)溫度保持在20°c左右，試驗分為清水試驗與渾水試驗，兩者均采用同一套系統(tǒng)。試驗裝置如圖1所示，由水箱、潛水泵（額定揚(yáng)程20m，額定流量30.0m3/h，功率3.0kW）、網(wǎng)式過濾器、壓力表、流量計以及相應(yīng)的管道連接件組成。圖2.1網(wǎng)式過濾器平臺實驗設(shè)計圖1、水箱;2、潛水泵;3、閥門;4、減壓閥;5,流量計;6,壓力表;7、過濾器;8、取樣口;9,回流管Figure2.1.Schematicdiagramoftheexperimentalsetup試驗用土：取云南地區(qū)常見的紅壤土，通過反復(fù)水洗和烘干去除土壤中含有的懸浮雜質(zhì)，渾水實驗時選用的試驗用土的粒徑孔徑比應(yīng)當(dāng)在0.34~2.7之間，相應(yīng)的根據(jù)網(wǎng)式過濾器的精度200μm選擇過濾精度為125μm與400μm的篩網(wǎng)對土樣進(jìn)行篩分。將得到篩分后的土樣進(jìn)行烘干，后與市面上購置的石英砂（80目）按1:1的比例攪拌形成實驗用泥沙。試驗用清水：取自城市用自來水，密度為998kg/m3，粘度0.001kg/m·s，，呈偏酸性，不與濾網(wǎng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文11的散射光是有大顆粒引起的；大角度(θ1)的散射光是由小顆粒引起的。通過不同角度的散射光的分析的強(qiáng)度就可以計算出相應(yīng)粒徑顆粒的數(shù)量和百分比。激光粒度儀因此具有精度高、重復(fù)性強(qiáng)，測量范圍廣、速度快的特點[64]。本文使用英國Malvern儀器有限公司生產(chǎn)的2000型激光粒度儀測量試驗用渾水中泥沙粒徑分布，其測量范圍為0.02~2000μm，精度為1%。圖2.2試驗渾水泥沙粒徑分布圖Fig.2.2Distributionofsedimentparticlesizeinexperimentalsandywater表2.1試驗渾水泥沙粒徑特征參數(shù)Table2.1Characteristicparametersofsedimentparticlesizeinexperimentalsandywater特征參數(shù)D10D50D75D90粒徑（μm）125.14278.19373.25462.86通過激光粒度儀測量試驗渾水中的顆粒分布，如圖2所示為試驗渾水中的顆粒粒徑分布，類型為累計百分比曲線，其橫坐標(biāo)為顆粒的粒徑，縱坐標(biāo)為累計質(zhì)量百分比。表1為試驗渾水泥沙粒徑特征參數(shù)，累計質(zhì)量百分比50%對應(yīng)的顆粒粒徑稱為D50，同樣累計質(zhì)量百分比90%對應(yīng)的顆粒粒徑稱為D90，上述兩者均為表征顆粒粒徑分布的重要參數(shù)。2.1.3過濾器的清水試驗清水試驗又稱為水力性能試驗?zāi)康脑谟谕ㄟ^試驗測量的手段求解網(wǎng)式過濾器的過流量與水頭損失之間的關(guān)系式并與數(shù)值模擬的擬合結(jié)果進(jìn)行對比，分析數(shù)值模擬與實際模型之間的差異大校調(diào)節(jié)閥門使網(wǎng)式過濾器在額定流量下正常運行，此時網(wǎng)式過濾器兩端的壓力表之差即為網(wǎng)式過濾器的額定水頭損失。根據(jù)網(wǎng)式過濾器的額定水頭損失選取實驗變量，調(diào)節(jié)閥門使網(wǎng)式過濾器的兩端壓差達(dá)到實驗變量值。選用體積法測量過濾器的過流量，每次試驗持
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S277.9

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本文編號：2678586