微灌用叠片过滤器全流场数值模拟与优化分析

作者:李浩[1,2];李红[2];黄修桥[1];韩启彪[1];张娟娟[1];孙浩[1];李文[1] 刊名:灌溉排水学报 上传者:胡代忠

【摘要】为准确捕捉微灌用叠片过滤器内部不稳定流场的流动规律,基于多孔介质模型,利用计算流体力学(CFD)技术、雷诺时均法和标准k-ε模型,进行了叠片过滤器清水介质下全流场三维数值模拟,并设置了对比试验。结果表明,基于多孔介质模型的计算流体力学方法对叠片过滤器的数值模拟精度较高,该种方法的数值模拟结果与试验结果较吻合,可以准确地预测过滤器水力性能。过滤器进出口管路与滤筒间的夹角α使过滤器产生压力损失,且α在30°左右时过滤器内部流动状态最好,压力损失最小。因此,该型过滤器进出口管路与滤筒间的最佳角度为30°左右。

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2016年 6月 , 灌溉排水学报 第 35卷第 6期 Journa1 of Irrigation and Drainage 。 ⋯ 文章编号 :1672—3317(2016)06—0001—05 微灌用叠片过滤器全流场数值模拟与优化分析 李 浩 ,李 红 ,黄修桥 ,韩启彪 ,张娟娟 ,孙 浩 ,李 文 (1.中国农业科 学院 农田灌溉研 究所/河南省节水农业重点实验室,河南 新 乡 450002; 2.江 苏大 学 国家 水泵及 系统 工程 技 术研 究 中心 ,江 苏 镇 江 212013) 摘 要 :为准确捕捉微 灌用叠片过 滤器 内部不稳定流场 的流动规律 ,基 于多孔介质模型 ,利用计算流体 力学(cFD) 技术 、雷诺时均法和标准 e模 型,进行 了叠片过 滤器清水介质 下全流场 三维数值模 拟 ,并设 置 了对 比试验 。结果 表 明,基 于多孔介质模 型的计 算流体力学方法对 叠片过 滤 器的数值模 拟精度 较 高,该种 方法 的数值模 拟结 果与试 验结果较 吻合 ,可 以准确地预 测过 滤器水力性能 。过 滤器进 出 口管路 与滤 筒间 的夹角 使 过滤 器产 生压 力损 失, 且 在 3O。左右 时过 滤器 内部流动状 态最好 ,压力损失最 小。因此 ,该型过滤器进 出口管路 与滤筒 问的最佳 角度 为 3O。左 右 。 关 键 词 :叠 片过 滤 器 ;多孔 介 质 ;CFD;结 构 优 化 中图分类号 :S274 文献标 志码 :A doi:10.13522/j.cnki.ggps.2016.06.001 李浩 。李红 ,黄修桥 ,等.微 灌用叠片过滤器全流场数值模 拟与优化分析[J].灌溉排水学报 ,2Ol6,35(6):1—5. 0 引 言 叠片过滤器结构简单 ,运行可靠 ,便于安装 ,广泛应用于微灌系统u ]。目前 ,国内外学者对过滤器水力 性能 、过滤时间和反冲洗等做了大量试验分析和理论计算口 。随着计算机技术与计算流体力学的发展 ,部 分学 者 开始 利用 商业 CFD软件 对过 滤器 进行 数值 模 拟 ,揭示 其 内部 流 动 机理 ,并 预 测 其性 能 ]。然而 ,由 于叠片过滤器 中叠片结构的特殊性 ,多以单个或多个叠片组合流道为研究对象,鲜有对过滤器全流场进行数 值模拟计算。而单个或多组叠片组合流道没有考虑进 出口流道与滤筒 内部流体 ,与实际流动规律相差较大 , 不能 完全 解 释叠 片过 滤器 内部 流场 特性 ,因此 ,急需 展开 叠 片 过滤 器 全流 场 湍 流分 析 。为此 ,基 于 多孔 介 质 模 型,采用计算流体力学的方法对微灌用叠片过滤器全流场进行数值模拟,开展验证试验 ,并对其结构进行 优化分析 ,拟就其中关键技术与问题进行探讨和总结 。 l 数值模拟 与验证试 验 1.1 计算模型与网格 选用微灌系统常用 的 AZUD(阿速德 )叠 片过 滤器为研 究对 象,过滤器 基本参 数为 :进 口直径 d 一 32 mm,出 口直径 d 一32 mm,滤筒 内径 D 一195 mm,叠 片外 径 D2—80 ITlm,叠 片 内径 D。一70 mm,滤 芯长 度 z一180 mm,进 口夹 角 一 51。,叠 片 目数 为 120。计 算 域 包 括 :进 水 管 路 、滤 筒 、叠 片 和 出 水 管 路 。采 用 ICEM CFD 软件 对计 算 域 进行 结 构 网格 划 分 ,网 格 总数 为 828 562,节 点 总数 797 104。过滤 器 三 维模 型 与 计 算

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