基于CFD-DEM耦合的网式过滤器水沙运动数值模拟

作者:喻黎明;徐洲;杨具瑞;范文波;李娜;龙俊 刊名:农业机械学报 上传者:王素峰

【摘要】过滤器内部的水沙运动复杂且多变,初始状态下沙粒分布的不均导致滤芯产生局部堵塞,改变了水流流态并进一步影响后续沙粒运动和分布。本文以CFD-DEM(Computational fluid dynamics,CFD;Discrete element method,DEM)耦合模拟Y型网式过滤器内部流场变化与沙粒运动及分布,直观地反映了滤芯对水流的流动阻力特性与对沙粒运动分布影响。结果表明,过滤器内部存在明显的回流区、旋涡区及滞流区,导致各过滤面流速不均,出口一侧流速大,进口一侧流速小,两者相差39%;随着时间的变化,过滤器内流场变化明显,沙粒堆积依次出现在出口侧下端面、出口侧上端面、进口侧下端面、进口侧上端面上,最终布满整个滤芯;在滤芯的4个过滤面中,出口侧上端面流速大而沙粒堆积最少,进口侧上端面流速小而沙粒堆积最多,由此可见出口侧上端面具有更好的过滤性能,可适当提高该处过水面积,以提高过滤器过滤效率。

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2 0 1 8年3月 农 业 机 械 学 报 第49卷第3期 doi:10.6041/j.issn.1000—1298.2018.03.036 基于 CFD—DEM 耦合的网式过滤器水沙运动数值模拟 喻黎 明 徐 洲 杨具 瑞 范文波 李 娜 龙 俊。 (1.昆 明理工大学现代农业工 程学院 ,昆明 650500;2.石河子大学水利建筑工程学院 ,石河子 832003; 3.长沙理工大学水利工程学 院,长沙 410114) 摘要 :过滤器 内部 的水沙 运动复杂且多变 ,初始状态 下沙粒分 布的不均导致滤芯产生局部堵塞 ,改变 了水流流态并 进一步影响后续沙粒运动 和分 布。本 文以 CFD—DEM(Computational fluid dynamics,CFD;Discrete element method, DEM)耦合模 拟 Y型 网式过滤 器内部流场变化与沙粒运动及分 布 ,直 观地 反映 了滤 芯对水流 的流动阻力 特性 与对 沙粒运动分布影 响。结果表 明,过滤器 内部存在 明显 的 回流 区 、旋 涡 区及 滞流 区,导致 各过滤 面流速不 均 ,出 1:3一 侧 流速大 ,进 口一 侧流速小 ,两 者相 差 39% ;随着 时间的变化 ,过滤器 内流场变化 明显 ,沙粒堆积依次 出现 在出 口侧 下端面 、出 口侧上 端面 、进 口侧下端 面 、进 口侧上端 面上 ,最 终布满 整个滤 芯 ;在滤芯 的 4个过 滤面 中,出 口侧 上端 面流速大而沙粒堆积最少 ,进 口侧上端面流速小而沙粒堆积最多 ,由此可见出 口侧上端 面具有更好 的过滤性 能 ,可 适 当提高该处过水面积 ,以提高过滤器过滤效率 。 关 键词 :Y型网式 过滤器 ;水沙运 动 ;CFD—DEM耦合 ;数值分析 中图分类号 :$275.6 文献标识码 :A 文章编 号:1000一l298(2018)03—0303—06 Num erical Simulation 0f W ater and Sediment M ovement in Screen Filter Based on Coupled CFD ——DEM YU Liming XU Zhou YANG Jurui FAN Wenbo LI Na。 LONG Jun (1.Faculty of Modern Agricultural Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China 2.College of Water and Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi 832003,China 3.School of Hydraulic Engineering,Changsha University of Science and Technology,Changsha 4101 14,China) Abstract:W ater and sediment movement in filter is complex and changeable. In the beginning,local blockage on filter element caused by non.uniform distribution of sediment affects flow distribution which will change tracks o

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