Y型网式过滤器泥沙拦截试验研究

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Y型网式过滤器作为一款农业灌溉领域常用的过滤设备,其性能影响整个微灌系统的正常使用。但其在应用过程中的滤网堵塞问题越来越突出,直接影响了过滤器的工作效率,严重时甚至会造成微灌系统的报废,这也是我国引进微灌技术以来,微灌事业不能迅速发展的重要原因之一。网式过滤器的性能分为水力性能、过滤精度和抗堵能力,为了改良Y型网式过滤器的过滤性能,本研究提出全新的过滤器拦截率的概念,设计了5种不同入口压强、7中不同滤网孔径和13种不同泥沙中值粒径的全试验和三因素三水平的正交试验对其进行试验研究。取得的主要结论如下:(1)过滤器运行中的滤网堵塞过程为:初始状态通畅未堵塞,无拦截现象产生,拦截率为零;第5分钟网孔上发生介质堵塞,开始出现拦截现象,产生拦截率;5~15分钟出现“架桥”、“盖屋”现象,滤网初步堵塞,拦截现象和拦截率进一步变大;15~30分钟滤网表面形成稳定滤饼,拦截现象显著,拦截率最大;(2)过滤器拦截率随入口压强的增大而增大,入口压强越大流速越快,更多沙粒进入过滤器,更早形成滤饼,拦截现象发生的更早,拦截率越大;另外入口压强越大流速越大,过滤器内部形成的回流区和漩涡区越大,细小沙粒难以脱离水流曳力随之进入并堆积在漩涡区,最终沉积在过滤器下端部导致拦截率变大;通过计算和试验发现使过滤器时既能保持稳定过滤状态,又能提高拦截率的临界入口压强,并给出灌溉工程中常用滤网孔径和沙粒中值粒径的临界入口压强参考选型;(3)过滤器拦截率受滤网孔径-沙粒中值粒径比Y的影响,在Y<[1.80,1.88]时,滤网孔径越大拦截率越大,Y>[1.80,1.88]时情况相反。确定了入口压强,滤网孔径-沙粒中值粒径比Y,和滤网孔径与拦截率的数量关系并拟合出计算式用于计算拦截率,拟合公式平均误差1.09%,平均误差率3.20%,决定系数R2为0.94,模型准确度和可靠性较高,同时提出各中值粒径条件下实际灌溉工程中滤网孔径的参考选型;(4)试验观察发现入口压强越大流速越大沙粒在滤网上的拦截位置越集中,且分布在出口面,因此可以考虑降低出口面骨架密度,增大冲孔面积、将过滤器出口段做成前大后小的圆锥或圆弧形状以增大过流面积,从而达到减缓过滤器堵塞速度,提高过滤器使用性能的效果;(5)正交试验结果显示:各因素对拦截率影响大小的先后顺序为:入口压强、滤网孔径和沙粒中值粒径,其中入口压强对过滤器拦截率影响极为显著,滤网孔径对拦截率影响显著,沙粒中值粒径对拦截率影响不显著;(6)试验对比分析不同条件,不同时间段的出水沙粒粒径级配发现滤网存在高于其期望过滤精度的实际过滤精度,分析得出不同孔径滤网在不同入口压强条件下的稳定过滤状态时的实际过滤精度较其期望过滤精度平均提高25.98%,超过四分之一;同时给出常用的实际过滤精度的参考选型表;(7)对参考实际过滤精度进行滤网选型的水力性能和过流能力进行对比,发现在灌溉工程中参考实际过滤精度选型的平均水头损失和平均流量损失分别降低了25.57%和27.25%,同样均超过了四分之一,参考实际过滤精度进行滤网选型对过滤器的水力性能和过流能力由明显提高;综上所述,由试验可得,由于入口压强、滤网孔径和沙粒中值粒径对过滤器拦截率和过滤效果的影响,在Y型网式过滤器的实际灌溉工程应用中可以参考本研究结论对灌溉参数和设备进行选型与调整使过滤器达到最佳过滤效果。
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