滴灌自清洗网式过滤器全流场数值模拟与分析

作者:宗全利;郑铁刚;刘焕芳;李强强;郑华平 刊名:农业工程学报 上传者:孙艳霞

【摘要】为了全面了解现有自清洗网式过滤器内部水流结构和特性,为进一步结构优化提供依据,该文采用Fluent(6.3)软件对其进行了全流场数值模拟。在分析过滤器结构及自清洗原理基础上,建立了过滤器内部流场的数学模型和自清洗系统的动网格模型,给出了过滤过程和自清洗过程计算区域和网格、以及进出口边界条件,对比分析了自清洗流量与进出口压力降关系模拟结果和试验结果。分析表明:模拟压降与实测压降符合较好,可以保证后续模拟结果的可靠性;在此基础上,对过滤过程内部流场进行了模拟,得到了水流流速、紊动能和压力的分布规律,分析了过滤器结构设计不足。运用动网格技术,对过滤器自清洗过程进行了数值模拟,通过流速、紊动能和压力分布等流场分析,指出了自清洗系统的不足,研究结果可为过滤器结构优化设计提供参考。

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第 29 卷 第 16 期 农 业 工 程 学 报 Vol.29 No.16 2013 年 8月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2013 57 滴灌自清洗网式过滤器全流场数值模拟与分析 宗全利 1,2,郑铁刚 3※,刘焕芳 1,李强强 1,郑华平 4 (1. 石河子大学水利建筑工程学院,石河子 832000; 2. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉 430072; 3. 中国水利水电科学研究院,北京 100038; 4. 石河子市金土地节水设备有限公司,石河子 832000) 摘 要:为了全面了解现有自清洗网式过滤器内部水流结构和特性,为进一步结构优化提供依据,该文采用Fluent(6.3)软件对其进行了全流场数值模拟。在分析过滤器结构及自清洗原理基础上,建立了过滤器内部流场的数学模型和自清洗系统的动网格模型,给出了过滤过程和自清洗过程计算区域和网格、以及进出口边界条件,对比分析了自清洗流量与进出口压力降关系模拟结果和试验结果。分析表明:模拟压降与实测压降符合较好,可以保证后续模拟结果的可靠性;在此基础上,对过滤过程内部流场进行了模拟,得到了水流流速、紊动能和压力的分布规律,分析了过滤器结构设计不足。运用动网格技术,对过滤器自清洗过程进行了数值模拟,通过流速、紊动能和压力分布等流场分析,指出了自清洗系统的不足,研究结果可为过滤器结构优化设计提供参考。 关键词:灌溉,流场,数值分析,自清洗网式过滤器 doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2013.16.008 中图分类号:S277.9+5 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2013)-16-0057-09 宗全利,郑铁刚,刘焕芳,等. 滴灌自清洗网式过滤器全流场数值模拟与分析[J]. 农业工程学报,2013,29(16): 57-65. Zong Quanli, Zheng Tiegang, Liu Huanfang, et al. Numerical simulation and analysis on whole flow field for drip self-cleaning screen filter[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(16): 57-65. (in Chinese with English abstract) 0 引 言 自清洗网式过滤器是目前国内外应用最广泛过滤器之一,是保证整个微灌系统正常运行的核心设备。目前国内外对过滤器研究成果主要集中在水力性能方面,通过室内试验和原型观测试验对水头损失变化规律、过滤时间与自清洗时间关系等进行了大量的研究。Yurdem 等[1-2]通过试验对滴灌旋流和叠片过滤器水头损失进行了研究,并得到了水头损失计算公式;Duran-Ros 等[3]对微灌叠片式和网式过滤器反冲洗效率进行了试验研究;Vedat DEMİR 等[4]对滴灌金属叠片式过滤器水头损失进行了试验研究;Duran-Ros 和 Puig-Bargués 等[5-6]运用量纲分析对污水微灌过滤器水头损失公式进行了研究,并推导出了相关计算公式;肖新棉等[7-8]对微灌用叠片式砂过滤器水力性能进行了试验研究和模拟计算; 收稿日期:2013-04-02 修订

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