叠片过滤器过滤性能及叠片流道优化试验研究

摘要

微灌灌水器流道尺寸小，极易堵塞，故微灌用过滤器是微灌系统中的重要部分。叠片过滤器是近年来兴起的一种新型的微灌用过滤器，深入地研究其水力性能和过滤性能，对于叠片过滤器产品的开发具有重要的意义。本文通过试验，研究分析了叠片过滤器的过滤性能、过滤效率和过滤精度，并利用计算流体动力学，建立了叠片水力性能的 CFD三维数值模型，模拟并分析了三种叠片的几何结构对叠片水力性能的影响。
　　过滤性能试验结果表明，叠片过滤器的水头损失随加砂量的增加而增加，但增加的趋势不是均匀的，而是在加砂量达到一定量时，水头损失会突然出现激增，再加入少量石英砂后，就会迅速达到或超过安全压差；石英砂粒径的大小影响安全过滤砂量：相比于叠片沟槽最大断面的尺寸，若石英砂的粒径尺寸过大时，容易从叠片外侧直接堵塞叠片，导致安全过滤砂量比较小，相比于叠片沟槽最小断面尺寸，若石英砂的粒径尺寸过小时，则容易穿过叠片，导致微灌灌水器堵塞，故在选择叠片过滤器时，要综合考虑沙砾和叠片沟槽的尺寸；叠片过滤器的安装方向对水力性能几乎没有影响，而对抗堵塞性能的影响较大，叠片过滤器的朝上安装时的过滤性能优于朝下安装，一般情况下推荐过滤器朝上安装；根据叠片过滤器的过滤效率，确定了过滤精度，以及叠片过滤器的过滤精度M与叠片沟槽最小断面的内切圆直径D的关系为：M:D≈1:1.2。
　　建立了直线型叠片水力性能的三维数值模型，其模拟结果与实测值之间的偏差为8％，表明数值模拟具有较高的可靠性，可以代替试验，研究叠片过滤器的水力性能。并分别对叠片沟槽倾斜角度（即叠片沟槽间的相交个数），叠片沟槽最小断面底角以及叠片宽度三个方面与叠片水力性能的关系进行了数值模拟研究。
　　CFD数值模拟结果表明，在清水条件下，沟槽断面为等腰三角形的叠片，始终保持叠片沟槽最小断面的内切圆直径D（即叠片过滤精度）不变时：叠片沟槽相对半径方向的倾斜角度（沟槽相交个数）对叠片的水头损失几乎没有影响；叠片沟槽最小断面底角影响过流能力，在底角为60°时，叠片的过流能力最小，水头损失最大；对于宽度较小的叠片，其外径处的沟槽尺寸小于宽度较大的叠片，使得叠片的水头损失随叠片宽度的减小而增大，因此，叠片的宽度影响其结构尺寸设计，为减少宽度较小的叠片的水头损失，增大其过流量，应该适当增大叠片外径处的沟槽尺寸。

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第一章 引 言

1.1. 研究背景与意义

1.2. 微灌用过滤器的类型与特性研究进展

1.3. 过滤器参数模型研究进展

1.4. 过滤器性能CFD数值模拟研究进展

1.5. 存在的问题

1.6. 研究目标

1.7. 本文研究内容

第二章 叠片过滤器水力和过滤性能测试内容与方法

2.1. 试验材料

2.2. 试验测试装置平台

2.3. 试验测试方法

2.4. 评价指标

2.5. 本章小结

第三章 叠片过滤器过滤效率与过滤精度分析

3.1. 流量压力关系

3.2. 叠片过滤器的过滤性能

3.3.过滤精度分析

3.4.本章小结

第四章 叠片过滤器数值模型建立与试验验证

4.1. 计算流体动力学简介

4.2. 叠片水流特性的CFD模型建立

4.3. 模拟结果的试验验证

4.4. 本章小结

第五章 叠片几何参数对水力性能影响的数值分析

5.1. 沟槽的倾斜角度

5.2. 沟槽最小断面底角

5.3. 叠片宽度

5.4. 本章小结

第六章 总结与展望

6.1. 总结

6.2. 不足与展望

参考文献

致谢

作者简历