滴灌系统叠片过滤器离散型流道结构水力性能试验及内部流场模拟

为获得叠片流道内部水流流动特性,解决叠片过滤器水头损失较大的弊端,通过室内试验对比了传统叠片过滤器和具有离散型流道结构的叠片过滤器在不同流量下的水头损失,并采用Fluent19.0对清水条件下2种不同流道结构叠片过滤器内部流场分布规律进行数值模拟。结果表明:流道内部流量模拟值与试验设定值最大相对误差为4.8%;随着流量的增大,传统叠片过滤器产生的水头损失更为明显,与传统叠片过滤器相比,离散型流道叠片过滤器产生的水头损失在最大流量下降幅为20.8%;对不同流道进行内部流场分析,得出同一流量下离散型流道的平均过流断面面积大于直线型流道,过流断面面积越大,则流速越小,水头损失也越小,离散型流道内部局部水头损失占主导地位,凸台的离散排列降低了沿程水头损失。研究结果可为叠片流道的设计和结构优化提供参考。

凸台类型对离散型流道叠片过滤器水头损失的影响

离散型流道叠片过滤器是一种水头损失相对较小的新型叠片过滤器,其叠片表面均匀分布的凸台结构是影响叠片过滤器水头损失的主要因素之一。为探明凸台类型对内部流场的影响并进一步降低离散型流道叠片过滤器的水头损失,通过物理试验与数值仿真,对比分析了初始的右三角形和优化新增的菱形、椭圆形、上三角形、下三角形等共5种凸台类型的离散型流道叠片过滤器的水头损失及流场分布特征。结果表明:将离散型流道叠片过滤器凸台类型设置为下三角形有利于减小水流主流区与凸台边壁的接触长度和凸台间湍动能强度,降低离散型流道叠片过滤器的水头损失;与初始右三角形凸台相比,4种优化的凸台与主流区接触长度的降幅为9.61%~36.73%,最大湍动能的降幅为25.87%~49.96%,其中下三角形凸台降幅分别为29.99%和49.96%;根据模拟计算可得右三角形凸台流道间水头损失系数最大,下三角形凸台流道间水头损失系数最小,其能量转换效率最高;清水条件下,下三角形凸台离散型流道叠片过滤器水头损失相比初始离散型流道叠片过滤器降低了14.89%~21.93%。研究结果可为离散型流道叠片过滤器的结构优化提供参考。