基于砂滤层内水体积分数瞬态模拟的反冲洗速度优选

作     者：李景海 蔡九茂 翟国亮 刘清霞 张文正 Li Jinghai;Cai Jiumao;Zhai Guoliang;Liu Qingxia;Zhang Wenzheng

作者机构：安阳工学院土木与建筑工程学院安阳455000 安阳市水资源管理委员会办公室安阳455000 中国农业科学院农田灌溉研究所新乡453002 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2018年第34卷第2期

页      面：83-89页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金："十三五"国家重点研发计划(2016YFC0400202) 

主　　题：灌溉 模型 计算机仿真 石英砂滤层 反冲洗 多相流 

摘      要：为了对石英砂滤层反冲洗过程水的体积分数波动规律进行分析,并确定合理的反冲洗速度范围,该文采用数值模拟手段对滤层反冲洗过程水的体积分数进行三维动态模拟,采用Gambit软件建立了石英砂过滤器的几何模型,并对几何模型进行了网格划分,以Mixture模型做为反冲洗过程水的体积分数的数值模拟模型。以当量粒径分别为1.06、1.2和1.5 mm的3种石英砂滤层为研究对象进行动态模型。为了验证模拟结果的准确性,开展了室内模型试验,并将模拟结果与试验结果进行对比,结果显示,水的体积分数的最大模拟误差为5.64%,说明数值模拟结果是可信的。在使用模拟数据进行流场分析时,为了得出更具普遍性的结论,引入了反冲洗流化倍数的概念,最小反冲洗流化速度的倍数称为反冲洗流化倍数。在此基础上,分别分析了反冲洗流化倍数为1.1、1.3、1.5、1.7和1.9时,滤层高度分别为15、25和35 cm共3个横截面上,反冲洗过程水的体积分数随时间的变化规律。计算了水的体积分数的均值和标准偏差,分析了水的体积分数的均值和标准偏差随随反冲洗流化倍数的变化规律。在3个截面上水的体积分数均值基本相同的情况下,根据标准偏差的大小,判定滤层反冲洗的稳定性。由此得出,使反冲洗水的体积分数波动保持稳定的反冲洗流化倍数的临界值为1.7。当反冲洗流化倍数范围为1~1.7时,标准偏差适中,反冲洗效果理想。结果表明,对于均质石英砂滤层,反冲洗效果是否理想,决定因素是反冲洗流化倍数。该文可为砂过滤器的反冲洗运行机理提供参考。