砂石筛网组合过滤器结构优化与性能试验

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1、２０１８年１０月农业机械学报第４９卷第１０期ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１８．１０．０３５砂石筛网组合过滤器结构优化与性能试验杨培岭周洋任树梅马子萱（中国农业大学水利与土木工程学院，北京１０００８３）摘要：为了充分了解灌溉用砂石过滤器和筛网过滤器组成的二级过滤系统的内部流场情况，利用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ软件进行三维造型，基于计算流体动力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）技术，应用数值模拟采用ＲＮＧｋε湍流模型结合多孔介质模型对过滤器

2、内部流场进行分析并提出优化方案，在优化的基础上设计新型一体式过滤器并对其进行性能测试。结果表明：ＲＮＧｋε湍流模型模拟结果与试验结果吻合良好，可用于流场分析和结构优化。组合过滤系统按传统分体式布置时，由于连接管道和筛网过滤器外壳等影响，会产生较大水头损失，且筛网过滤器部分由于结构复杂造成环流与漩涡，导致流场不稳，过滤时流速分布不均。针对传统组合过滤系统流场的不足，提出将滤网融入砂石罐体的一体式优化布置方案，改善了布置的复杂度；通过流场分析发现可减小３８５％的水头损失，且由于罐体空间较大对水流扰动较小

3、，所以内部流场稳定；过滤时流速分布更均匀，因此对滤网的利用也更加合理充分，延长了滤网使用寿命。通过两次性能测试对比分析可知，砂石筛网组合一体式过滤器能有效减小水头损失，并且在含沙水条件下流量减小２０％时能多运行２０ｍｉｎ左右，表明一体式过滤器水力性能更优且能提高灌溉效率。关键词：过滤器；多孔介质；数值模拟；结构优化中图分类号：Ｓ２７５６文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１８）１００３０７１０ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＴｅｓｔｏｆＳａｎｄ

4、ＳｃｒｅｅｎＣｏｍｂｉｎａｔｉｏｎＦｉｌｔｅｒＹＡＮＧＰｅｉｌｉｎｇＺＨＯＵＹａｎｇＲＥＮＳｈｕｍｅｉＭＡＺｉｘｕａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｆｕｌｌｙｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆａｔｗｏｓｔａｇｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｓａｎ

5、ｄｆｉｌｔｅｒａｎｄｓｃｒｅｅｎｆｉｌｔｅｒｉｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｏｆｆｅｒｅｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂｙｂｕｉｌｄｉｎｇ３ＤｍｏｄｅｌｕｓｉｎｇＰｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，ｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｕｓｉｎｇＲＮＧｋεｍｏｄｅｌｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａｍｏｄｅｌ．Ａｎｄｔｈｅｎｅｗｉ

6、ｎｔｅｇｒａｔｅｄｆｉｌｔｅｒｗａｓｍａｄｅａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｉｔｗａｓｄｏｎｅ．Ａｓｉｔｗａｓｓｈｏｗｎｉｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＲＮＧｋεｍｏｄｅｌｗｅｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｆｉｌｔｅｒｓｙｓｔｅｍｗａｓ

7、ｓｅｔｗｉｔｈｓａｎｄｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｓｃｒｅｅｎｍｅｓｈｓｅｐａｒａｔｅｌｙｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈｅｌｌｓ，ｉｔｗｏｕｌｄｃａｕｓｅｈｕｇｅｗａｔｅｒｈｅａｄｌｏｓｓｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｉｐｅｓｂｅｔｗｅｅｎｓａｎｄｆｉｌｔｅｒａｎｄｓｃｒｅｅｎｆｉｌｔｅｒａｎｄｓｈｅｌｌｏｆｓｃｒｅｅｎｆｉｌｔｅｒ．Ａｎｄｔｏｏｍｕｃｈｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｗｈｉｒｌｐｏｏｌｏｆｗａｔｅｒｉｎｓｉｄｅｔｈｅｆｉｌｔｅｒｄｕｅｔｏｃｏｍｐｌｅ

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