[发明专利]一种用于细颗粒泥沙过滤的离心过滤器的优化设计方法

说明书

本发明提供了一种用于细颗粒泥沙过滤的离心过滤器的优化设计方法，包括以下流程：流程1，建立离心式过滤器结构构型与确定离心式过滤器关键结构参数控制阈值；流程2，确定特定过滤粒径下离心式过滤器最优体积；流程3，确定离心式过滤器串并联布置形式；其中，流程1中，通过数值模拟的方法在水头损失可接受的范围下，进行过滤性能对比得到离心过滤器最优构型；流程2中，针对不同粒径，确定最优构型下的最适宜体积及附属结构；流程3中，依据流量确定过滤器并联关系，根据泥沙粒径过滤需求确定串联关系。

技术领域

本发明属于高效节水灌溉技术领域，尤其涉及一种用于细颗粒泥沙过滤的离心过滤器的优化设计方法。

背景技术

合理利用含沙水进行农业灌溉已成为缓解全球水资源紧缺问题的有效途径之一，其泥沙处理效果的好坏直接影响灌溉系统的使用，但目前仅对粗颗粒泥沙为主的高含沙水源形成较为成熟的模式，对于以细颗粒泥沙为主的黄河水等高含沙水源仍没有较为成功的解决方案。采用沉淀、过滤措施处理高浓度细颗粒泥沙难度较大，主要原因在于细颗粒泥沙沉降速度慢导致沉沙池大且成本高，且细颗粒泥沙过滤需求的过滤器目数较高导致频繁地自动反冲洗而产生高能耗问题。因此，开发有效过滤细颗粒泥沙的过滤器对于含沙水应用推广具有重要意义。

离心过滤器被作为含沙水灌溉的初级处理设施之一，其主要由于目前对100μm以上的粗颗粒泥沙处理效果较好，而对于含有细颗粒粘性泥沙过滤效果较差。事实上，旋流过滤器由其可按照粒度及密度进行分离的特性适用于固液分离，目前离心过滤器对细颗粒泥沙分离效率较低主要由于设计思路集中在不明显增加水头损失的情况下，对过滤器进口、锥段、溢流管等结构的优化设计，增加分离效率，例如：黄青山等人(CN201810103152.2)提出了一种新型出口结构的水力旋流器，溢流管下端内部通过薄片固定有套管，并在底流管中心插入实心圆柱。该发明与常规水力旋流器相比，减小了圆锥段的长度。李云开等人(CN202010025837.7)提出了一种离心式过滤器的优化设计方法，采用半封闭式入口及圆台式溢流管，并建立了分离过滤性能在CFD的评价体系及结构参数的控制阈值。目前研究并未采用在水头损失可满足的条件下，寻求更高的分离效率的设计思路，同时也并未考虑结构构型下的体积寻优、多个过滤器串并联等连接方式的影响。

综上所述，提出了一种离心式过滤器的新结构构型，同时以在允许的水头损失情况下提升泥沙分离效率为理念，提出针对特异粒径范围的体积寻优方法，并建立面向灌溉系统控制流量、过滤粒径的过滤器串并联方式，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种用于细颗粒泥沙过滤的离心过滤器的优化设计方法，所述设计方法包括以下流程：

流程1：建立离心式过滤器结构构型与确定离心式过滤器关键结构参数控制阈值；

流程2：确定特定过滤粒径下离心式过滤器最优体积；

流程3：确定离心式过滤器串并联布置形式；

其中，流程1中，通过数值模拟的方法在水头损失可接受的范围下，进行过滤性能对比得到离心过滤器最优构型；

流程2中，针对不同粒径，确定最优构型下的最适宜体积及附属结构；

流程3中，依据流量确定过滤器并联关系，根据泥沙粒径过滤需求确定串联关系。

优选的，流程1中，离心过滤器结构构型主要包括整体构型和进口形式，对不同构型与不同进口形式在同一体积下通过数值模拟的方法进行对比，分析其内部流场中短路流、内旋流以及外旋流分布，最终以水头损失及分离中值粒径大小及分离效率为评价指标，在水头损失可接受下，选择分离中值粒径最小且分离效率最高的结构作为最优过滤器结构构型。

优选的，流程1中，不同构型包括直立蜗壳式、直管倾斜式和传统形式，不同进口形式包括蜗壳式进口、半封闭式进口和传统结构。