直冲洗鱼雷网式过滤器内流场的数值模拟

作者:阿力甫江·阿不里米提;虎胆·吐马尔白;马合木江·艾合买提;木克然·阿娃 刊名:节水灌溉 上传者:刘秋敏

【摘要】将直冲洗鱼雷网式过滤器流场在不同体型工况下进行了三维流场数值模拟,采用RNGk~ε模型模拟过滤器湍流。对不同体型工况下的过滤器断面压强、断面流态数值计算结果进行理论分析,并进出口的水头损失与物理试验结果进行对比分析。结果表明数值计算能够清楚地反映了不同边界条件下过滤器内部流场变化情况及各个参数,并且通过过滤器内部流场计算可以获得过滤器在不同体型工况下任意位置的流场变化。其结果可以为过滤器体型优化设计提供可靠的理论依据和参考。

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随着灌溉技术的提高农田灌溉系统有了巨大改善,在农田灌溉中推广应用节水灌溉是节约水资源提高水资源利用率的有效途径,尤其为水资源紧缺的西部地区研究并推广应用微灌法来进行灌溉,而这些微灌系统中灌水器出水孔一般都比较小,就新疆地区而言,灌溉水源80%为地表水,这些地表水中往往含有大量泥沙,用含沙水进行微灌很容易将灌水器堵塞。为了防止微灌用水中污物杂质不能造成灌水器堵塞,应用了各种形式的过滤器。因此对微灌网式过滤器内部流场进行试验研究是非常必要的。本次数值模拟选用8寸鱼雷除砂网式全自动冲洗过滤器,由新疆鑫水现代水利工程有限公司生产,具有结构简单,安装使用方便,自动化程度高,劳动强度低,效率高,过流边界条件变化少,水头损失小、节能等特点,适应了大力发展节水灌溉技术的要求。本文针对该过滤器在不同结构形式条件下利用RNGk-进行数值模拟计算研究,并与理论分析及试验研究进行对比分析。直冲洗鱼雷网式过滤器主要有过滤器简体,过滤网,鱼雷网芯,自动控制装置,排污装置等部分组成。直冲洗鱼雷网式过滤器工作过程包括过滤过程和自清洗过程两个阶段。本文只讨论清水状态下过滤器过滤过程的内 部流场变化。1数学模型1.1结构模型选取过滤器总长度为1010mm,进口直径200mm,出口直径140mm进口离出口距离为250mm,过滤器三视图如图1所示,滤网直径200mm,鱼雷网芯直径为154mm,外层罐体直径为273mm,滤网目数为100,在300m3/h的流量工况下进行计算。图1过滤器三视图Fig.1Threeorthographicviewsofthefilter过滤器的几何模型,如图2所示。图2过滤器几何模型Fig.2Geometricmodelofthefilter1.2边界条件及多空介质模型参数设置建立过滤器的几何模型,如图2所示,利用Gambit2.3进行网格划分,过滤器共划分了32459个网格,除了进口段划分六面体结构性网格外其他部位因考虑结构较复杂的原因划分了四面体非结构性网格,整个计算区域网格划分情况如图3所示。将网格导入Fluent6.3软件中,采用标准壁面函数法筒体壁面进行处理,紊流模型选择用RNGk-模型,数值计算采用非定常的不可压缩流体隐式算法,速度耦合采用SIMPLE算法,过滤器进口设为流速进口,出口设为压力出口,默认的压强值为大气压[1-3]。直冲洗鱼雷网式过滤器结构包括过滤网,鱼雷网芯等比较复杂的结构,水流流过鱼雷网芯前段部分时在边界条件的约束下,在离心力的作用下,水流会出现脱离边界的情况[4-10]。在图3计算区域网格划分Fig.3Computationaldomainmesh出口段因为结构突变会出现回流。本文考虑此种复杂水流流态现象,因此,采用RNGk-模型来模拟过滤器内部的水流。RNGk-方程中通用模型常数C=0.0845,C1=1.42,C2=1.68。因为滤网直接进行三维造型较复杂,把滤网简化为多孔介质来进行模拟[11,12],多孔介质模型参数为如下:a=D2P3150(1-)2C1=1aC2=3.5(1-)DP3式中:a为渗透率;DP为粒子的平均直径;为空腔比例;C1为内部阻力系数;C2为惯性损失系数。计算得到的内部阻力系数为C1=1.7081011m2,惯性损失系数为C2=8.231051/m,计算滤网厚度为0.001m,进口流速设计为u=2.7m/s。2计算结果及分析通过计算流体力学软件FLUENT对水流运动进行数值模拟,得到过滤器模拟区域的压强、流速场等水流流场特性。选取三种不同流量工况下进行计算并对比分析,下面给出流量Q=300m3/h工

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