CFD-DEM耦合模拟网式过滤器局部堵塞

过滤器内部的流场不均导致使用时容易产生局部堵塞,堵塞分布受入口流速、颗粒粒径、流线轨迹等因素的共同影响。该文以计算流体力学-离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)耦合模拟不同流量下Y型网式过滤器内部不同粒径的沙粒运动及分布,分析过滤器内部流态对沙粒运动分布的影响并通过试验加以证明。结果表明,滤网两侧的压差占总压差的77%。网面流量呈阶梯分布,最大流量位于出口侧滤网上端,最低流量位于进口侧滤网中心,前者是后者的5.9倍;对于通过滤网的颗粒,入口流速越高,颗粒通过点越集中;对于拦截颗粒,当粒径接近孔径时,颗粒稳定附着在滤网,增加入口流速使颗粒向侧面滤网聚积并产生局部堵塞,粒径远大于孔径时,颗粒在内腔中不停运动,难以稳定附着在滤网;降低入口流速将提高颗粒分布的均匀程度,延长过滤器高效段时间,减少冲洗难度。

网式过滤器拦截率计算及其影响因素分析

为了使网式过滤器在工程应用中既保持滤网良好渗透率又提高滤网拦截率,该研究通过试验,分析了5种不同入口压强(0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 MPa)、7种滤网孔径(125、150、180、210、250、300和350μm)及其与砂粒中值粒径的关系对过滤器拦截率的影响。结果表明:当滤网孔径与砂粒中值粒径的比值小于一个阈值C(C∈[1.80,1.88])时,拦截率随着滤网孔径增大而增大,当该值大于此阈值时,拦截率随着滤网孔径的增大而减小;过滤器的入口压强越大,过滤器拦截率越大,入口压强对过滤器拦截率有显著影响,被拦截砂粒在出口侧分布越集中;入口压强从0.02 MPa提高到0.10 MPa,250μm滤网拦截率提升38.49%,而125μm滤网拦截率提升88.94%;250μm滤网在0.10 MPa入口压强下15 min末出水砂粒粒径组成与180μm、0.02 MPa下初始出水砂粒粒径组成相似,在短时间的灌溉应用上,可调整入口压强而不需要调整设备来满足灌溉要求,研究为实际灌溉工程中提高过滤器拦截率和过滤效果提供了参考。

不同工况下Y型网式过滤器流场数值模拟分析

为探究网式过滤器的水力性能,充分了解网式过滤器内部最初流场、滤芯网面流量分布情况,应用计算流体动力学方法对网式过滤器3种入口流速(0.5、1.5、2.5 m/s)以及3种滤网目数(60、80、100目)对过滤器流场进行数值模拟。通过试验对模拟结果的可靠性进行验证,结果表明:过滤器的水头损失集中在出口侧滤芯上,该部分水头损失占总损失的87%;水流在腔体内可分为出口侧加速区、出口侧减速区、堵头回流区和漩涡区4部分;滤网面流量分布严重不均,高流量区域主要分布在出口侧,入口流速由0.5 m/s增至2.5 m/s过程中,网面最大与最小流量均相差3.3倍,滤网目数为60、80、100目时,网面最大与最小流量相差3.3、3.1、2.3倍,且滤网目数增至100目时,最大与最小流量位置向两侧偏移;堵头处死水区压力大、流速低,泥沙易于沉淀,建议扩大堵头容积以承接更多的泥沙;可以考虑增大腔体体积、改变腔体角度、在入口处设置导流片,从而改善流场分布;建议在滤网上增加环状片体,改善网面流量分布,从而提高过滤器的使用寿命以及过滤效率。