微灌用水力旋喷自动吸附过滤器运行机理及结构优化研究

微灌用自动清洗过滤器是目前国内外应用较广泛的过滤器，但一些关键技术和设备的研究尚存在欠缺，特别是在清洗动力和清洗方式上缺少理论研究，为此本项目拟研究一种微灌用水力旋喷自动吸附过滤器。通过理论分析水力旋喷管旋转速度和产生旋喷动力原理，吸砂组件吸附吸力产生机理以及旋喷动力与吸附吸力耦合关系等，揭示自动吸附系统运行机理；结合数值模拟的计算流体动力学分析，分别对自动吸附系统和过滤器整体结构进行优化研究，探索自动吸附系统最优设计参数和过滤器整体最优结构；通过室内清水和浑水试验，探求滤网目数与自动清洗运行关系，确定最佳清洗压差、最佳清洗时间等一些关键运行参数，为自动吸附系统后续运行提供理论依据；结合过滤器基本水力性能研究，提出过滤器运行基本水力参数，并根据原型观测试验，探索出理论分析、室内试验和原型观测三者统一的微灌用水力旋喷自动吸附过滤器最优运行参数，为该过滤器尽快较好地应用于实际工程提供科学依据。

本项目研究了一种微灌用水力旋喷自动吸附过滤器，分别进行了水力旋喷自动吸附系统运行机理分析、过滤器结构优化、过滤器水力性能试验和原型观测等工作，具体如下： .(1)通过理论分析了水力旋喷管旋转速度和产生旋喷动力原理，吸砂组件吸附吸力产生机理以及旋喷动力与吸附吸力耦合关系等，揭示了自动吸附系统运行机理；对自动吸附系统参数进行了计算分析，得到：自动吸附装置产生的吸附力118N远远大于泥沙粘结力6×10-4N，在理论上满足自清洗要求。.(2) 应用Fluent软件，对过滤器过滤过程和自清洗过程分别进行了全流场数值模拟，分别分析了过滤器结构设计和自清洗系统的不足，提出了进出口结构改进措施和吸管布置的优化设计方法等；对自动吸附系统的排污管、吸管和吸嘴分别进行了变径和布置的优化分析，得到了各种吸附系统的优化方案。.(3) 搭建了试验平台，分别对过滤器进行了清水和浑水试验，得到了过滤器水头损失变化规律以及最佳排污压差和最佳排污时间等参数。.①重点分析了80和120目滤网对应的清水和浑水水头损失变化规律，在清水试验中，得出了2种滤网目数对应过滤流量与水头损失变化关系式；在浑水试验中，分别研究了流量一定（Q=220m3/h）和含沙量一定（S=0.190g/L）条件下水头损失随过滤时间变化规律，分别得到流量一定下10种不同含沙量和含沙量一定下5种不同流量的水头损失计算公式，为实际工程自清洗网式过滤器水头损失的计算提供重要参考。.②对过滤器排污压差进行了计算，详细分析了流量、含沙情况和过滤时间等约束条件对排污压差影响规律，在保证水头损失不发生急剧上升前提下，给出了两种目数过滤器最佳排污压差值，为网式过滤器排污压差的确定提供参考。.③对过滤器排污时间进行了试验研究，得出80目和120目过滤器预设压差值的大小和进水含沙量的高低不影响过滤器的排污效果，均在20-30s完成排污，此时间段即为最佳排污时间。.(4)2012年7-8月对新疆生产建设兵团农八师143团以及农六师芳草湖一场、新湖一场等进行了原型观测，并对本项目研制过滤器水力性能进行了优势分析，得到：在较大流量条件下，本项目过滤器产生的水头损失要比传统网式过滤器产生的水头损失小的多。.结合研究成果，本项目共获得专利1项，撰写学术论文17篇，其中EI检索7篇；培养硕士研究生5名，参加国内外学术会议4次等，完成了项目计划的全部内容。