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微灌溉過(guò)濾器在國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展史

微灌溉過(guò)濾器在國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展史
2020.06.01
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作者:艾特環(huán)保

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)用水總量約占全國(guó)用水總量的 70%,作為人類社會(huì)不可替代的重要資源,水在農(nóng)業(yè)灌溉中起著舉足輕重的作用。但由于水資源短缺,農(nóng)業(yè)用水供需矛盾十分突出。一方面,隨著人民生活水平的提高、工業(yè)和城市的發(fā)展,城市用水量急劇增加,農(nóng)業(yè)用水被大量擠占,加劇了我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源的供需矛盾。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水效率十分低下的主要原因是農(nóng)業(yè)灌溉方式不夠合理,造成了水資源的嚴(yán)重浪費(fèi),從而加劇了水資源的短缺局面。為了緩解目前農(nóng)業(yè)用水的緊張狀況,并逐步適應(yīng)農(nóng)業(yè)對(duì)自動(dòng)化、機(jī)械化和規(guī)模化的發(fā)展要求,*終實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,當(dāng)務(wù)之急是發(fā)展先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)。 微灌工程中常用的過(guò)濾器有淺層砂過(guò)濾器、水力旋流器、網(wǎng)式過(guò)濾器和疊片式過(guò)濾器等 4 種。目前,市場(chǎng)上的微灌過(guò)濾器主要被國(guó)外的一些知名品牌所壟斷,如 LEGO 公司、NETAFIM公司、RAINBIRD 公司和 TORO 公司。為了改變這種被動(dòng)局面,研制可靠性好、價(jià)格低,并適用于我國(guó)微灌實(shí)踐的過(guò)濾器是當(dāng)務(wù)之急。

? ?我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)微灌過(guò)濾器水力性能進(jìn)行研究的學(xué)者比較多,并取得了許多顯著成果(孫新忠,2006;劉煥芳等,2012)。到目前為止,國(guó)內(nèi)對(duì)于微灌過(guò)濾器的研究以試驗(yàn)為主,研究?jī)?nèi)容主要是過(guò)濾器壓力與流量的關(guān)系。

? ?在微灌過(guò)濾器的研制方面,楊萬(wàn)龍等(2005)研制出了一種過(guò)濾時(shí)水頭損失較小,反沖洗時(shí)進(jìn)水壓力低,而且反沖洗效果良好的疊片式自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器,因而有比較好的推廣應(yīng)用前景。李亞雄等(2005)研制了一種適用于河水或渠水的網(wǎng)式過(guò)濾器,并能夠在不中斷過(guò)濾的情況下完成自動(dòng)清洗濾網(wǎng)的任務(wù),從而明顯提高了過(guò)濾效率。孟劍等(2006)以試驗(yàn)為基礎(chǔ),對(duì)全自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器的水力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、過(guò)濾器結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造.研制出了一種微灌全自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器。榮劍波等(2007)研制了一種由水力為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的臥式自清洗過(guò)濾器,即該過(guò)濾器只需水力驅(qū)動(dòng)即可以完成自動(dòng)清洗過(guò)程。李光永等(2002)研制了一種網(wǎng)式過(guò)濾器,該過(guò)濾器利用水流反作用力對(duì)過(guò)濾所產(chǎn)生的污物進(jìn)行吸附,從而達(dá)到完全自動(dòng)反沖洗的目的。申麗萍等(2010)在達(dá)西公式的基礎(chǔ)上,建立了自清洗過(guò)濾器濾料和過(guò)濾時(shí)由污物形成的濾餅所產(chǎn)生的壓降的模型,并完成了過(guò)濾器自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。肖新棉等(2005,2008)在濾管直徑確定的情況下,探討了疊片式砂過(guò)濾器的**疊片數(shù),并繪制了過(guò)濾器的水力性能曲線,擬合了過(guò)濾過(guò)程水頭損失經(jīng)驗(yàn)公式。葉成恒等(2010)對(duì)滴灌工程中常用的離心式過(guò)濾器與網(wǎng)式過(guò)濾器進(jìn)行組合,并將離心式過(guò)濾器與疊片式過(guò)濾器進(jìn)行組合,對(duì)組合式過(guò)濾系統(tǒng)的水力性能及其對(duì)泥沙的過(guò)濾效果進(jìn)行了分析。梁菊蓉等(2011)指出在進(jìn)行渾水過(guò)濾時(shí),網(wǎng)式過(guò)濾器的過(guò)水面積設(shè)計(jì)偏大些比較合適,并指出濾網(wǎng)過(guò)濾器在過(guò)濾過(guò)程中決定堵塞程度的因素。

? ?在砂過(guò)濾器研究方面,張建鋒等(2003)開展了示蹤劑試驗(yàn),提出了濾層過(guò)濾阻力計(jì)算方法,采用該方法計(jì)算得到濾層內(nèi)絮體的體積比截留量,結(jié)果顯示,過(guò)濾水頭損失梯度的變化僅與濾層截留的絮體體積有關(guān),而與濾層厚度等其它因素基本無(wú)關(guān)。馮俊杰等(2007)設(shè)計(jì)出以水壓為驅(qū)動(dòng)力的反沖洗閥,提出了驅(qū)動(dòng)壓力的計(jì)算方法,利用該方法對(duì)反沖洗驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了校核。翟國(guó)亮等(翟國(guó)亮,陳剛等,2007;翟國(guó)亮,馮俊杰等,2007)通過(guò)開展微灌石英砂濾層的過(guò)濾和反沖洗試驗(yàn),分析了過(guò)濾出水濁度隨過(guò)濾時(shí)間的變化規(guī)律,計(jì)算得出了濾層對(duì)水濁度的濾除比率。分析了 AFS—600 型雙罐全自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器過(guò)濾和反沖洗條件下壓力與流量之間的關(guān)系,測(cè)定了反沖洗時(shí)間和反沖洗周期等主要參數(shù),提出了反沖洗時(shí)壓降比率的概念和計(jì)算方法。鄧忠等(2008)分別在過(guò)濾和反沖洗條件下,對(duì)石英砂過(guò)濾器泥沙出水濁度、出水粒徑級(jí)配隨時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行了測(cè)量與分析。翟國(guó)亮等(2010)開展了均質(zhì)石英砂濾層過(guò)濾粉煤灰水的模型試驗(yàn),得出以濁度指標(biāo)來(lái)判斷過(guò)濾和反沖洗效果不夠科學(xué)。趙紅書等(2010)通過(guò)對(duì)已堵塞灌水器的分析,確定了過(guò)濾時(shí)水中雜質(zhì)顆粒的粒徑標(biāo)準(zhǔn),分析了不同粒徑、過(guò)濾速度、濾層厚度和濁度等因素對(duì)濁度去除率、濾后水中雜質(zhì)顆粒粒徑和濾層的水頭損失的影響,并對(duì)已堵塞的濾層開展了反沖洗試驗(yàn)研究。張文正等(2013)對(duì)石英砂濾層的過(guò)濾和在反沖洗水中加氣的反沖洗效果進(jìn)行了相關(guān)性研究。

? ?在微灌過(guò)濾器水力性能和自清洗研究方面,劉煥芳等(2005,2006)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)式過(guò)濾器過(guò)濾水流在旋流條件下,堵塞程度可大大減小,并使大部分雜質(zhì)顆粒沉積在過(guò)濾器底部,便于在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)間斷集中排污。分析了網(wǎng)式過(guò)濾器在含沙水條件下濾網(wǎng)的堵塞對(duì)過(guò)濾器局部水頭損失的影響,提出了計(jì)算局部水頭損失的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。鄭鐵剛等(2008a,2008b)對(duì)微灌過(guò)濾器的適用條件進(jìn)行了分析,得出了過(guò)濾器水頭損失與過(guò)濾流量的相關(guān)關(guān)系,擬合了自動(dòng)吸附自動(dòng)清洗的網(wǎng)式過(guò)濾器水頭損失計(jì)算公式。鄭鐵剛等(2010)還對(duì)過(guò)濾器排污系統(tǒng)的水力參數(shù)進(jìn)行分析,得出排污系統(tǒng)中吸沙組件對(duì)污物的吸附力的計(jì)算公式。宗全利等(2010)以水力旋噴自動(dòng)吸附系統(tǒng)為核心部件,設(shè)計(jì)提出一種微灌用網(wǎng)式新型自清洗過(guò)濾器,通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合的方法,得到過(guò)濾器濾網(wǎng)直徑、濾網(wǎng)長(zhǎng)度和水頭損失與設(shè)計(jì)流量之間的定量關(guān)系。劉煥芳等(2010)分析了自吸網(wǎng)式過(guò)濾器過(guò)濾時(shí)間的變化規(guī)律和自清洗時(shí)間的影響因素,結(jié)果表明,在保持其它因素固定的條件下,自清洗時(shí)間與進(jìn)水含沙量呈反比關(guān)系。駱秀萍等(2011)對(duì)微灌自清洗網(wǎng)式過(guò)濾器進(jìn)行了清水和渾水水力性能試驗(yàn),結(jié)果表明,在過(guò)濾流量較小時(shí),過(guò)濾器水頭損失變化幅度較小;當(dāng)流量較大時(shí),隨著流量的增大,過(guò)濾水頭損失增加較快,并確定自清洗網(wǎng)式過(guò)濾器清潔壓降隨流量的變化關(guān)系式。駱秀萍等(2012)還開展了過(guò)濾器吸沙組件相對(duì)入流面積對(duì)排污流量系數(shù)影響的試驗(yàn)研究,得出排污流量計(jì)算公式,發(fā)現(xiàn)過(guò)濾器排污流量由流量系數(shù)決定。劉飛等(2011)對(duì)自清洗網(wǎng)式過(guò)濾器的水頭損失、**預(yù)設(shè)壓差值和**排污時(shí)間等水力性能參數(shù)進(jìn)行了研究,對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化組合,從推導(dǎo)出了不同目數(shù)濾網(wǎng)清潔壓降的理論公式,通過(guò)渾水過(guò)濾試驗(yàn),推導(dǎo)出了濾網(wǎng)**排污時(shí)間的計(jì)算公式,并對(duì)過(guò)濾裝置和自清洗驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化組合。劉飛等(2013)還推導(dǎo)出自清洗網(wǎng)式過(guò)濾器清潔壓降的表達(dá)式,得出了排污口含沙量隨排污時(shí)間的變化規(guī)律,確定了過(guò)濾器的**理論排污時(shí)間段。

? ?在微灌過(guò)濾器的數(shù)值模擬方面,王柏秋等(2006)采用計(jì)算流體力學(xué)軟件 Fluent 6.1 對(duì)水介質(zhì)水力旋流器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并研究了旋流器內(nèi)的速度分布、壓力分布。蘇發(fā)章等(2008)利用計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)旋流式固液分離器內(nèi)固液兩相流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬,通過(guò)改變分離器進(jìn)口、溢流口形狀與尺寸、圓錐體與分離柱高度的比值等,尋求分布合理的內(nèi)流場(chǎng)。王棟蕾等(2011)運(yùn)用Fluent 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件,根據(jù)吸管流速相對(duì)方差與相對(duì)極差的計(jì)算結(jié)果,通過(guò)改變排污管、吸管部位的直徑,使各個(gè)吸管的流量基本保持一致,達(dá)到吸污均勻目的,并對(duì)自清洗結(jié)構(gòu)進(jìn)行流場(chǎng)分析,得出了速度矢量分布圖。宗全利等(2013)采用 Fluent(6.3)軟件,建立了過(guò)濾器內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型和自清洗系統(tǒng)的動(dòng)網(wǎng)格模型,對(duì)自清洗網(wǎng)式過(guò)濾器內(nèi)部水流結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行了全流場(chǎng)數(shù)值模擬,模擬壓降與實(shí)測(cè)壓降能夠較好地吻合,在此基礎(chǔ)上, 得到了水流流速、紊動(dòng)能和壓力的分布規(guī)律, 通過(guò)對(duì)流場(chǎng)內(nèi)流速、湍動(dòng)能和壓力分布的分析,指出了過(guò)濾器自清洗系統(tǒng)的不足之處。宋輝智等(2012)通過(guò)改變滴灌系統(tǒng)旋流式過(guò)濾器的溢流管插入深度及圓柱段高度,分別進(jìn)行試驗(yàn)及利用 Fluent 數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,證明了利用 Fluent 流體力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)旋流式過(guò)濾器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行模擬的可行性。羅力等(2012)利用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù),選用 SSG-RSM(Special Sarkar Gatski Reynolds Stress Equation Model)湍流模型對(duì)設(shè)計(jì)的水力旋流器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,模擬了不同液相粘度、不同顆粒濃度、不同顆粒粒徑下水力旋流器內(nèi)的流場(chǎng)特征,預(yù)測(cè)了其在不同物性參數(shù)介質(zhì)下工作的分離性能。李振成等(2013)發(fā)現(xiàn)離心篩網(wǎng)一體式微灌過(guò)濾系統(tǒng)和離心篩網(wǎng)組合式微灌過(guò)濾系統(tǒng)濾砂原理相同,但砂粒的運(yùn)移規(guī)律卻不同,據(jù)此提出了降低篩網(wǎng)過(guò)濾器高度、提高出水管口位置的優(yōu)化結(jié)構(gòu)思路。王新坤等(2013)以進(jìn)口直徑為 50mm 的阿速德普通微灌網(wǎng)式過(guò)濾器為研究對(duì)象,利用 Pro/E 軟件完成過(guò)濾器的三維造型,基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件 Fluent 6.3,采用多孔介質(zhì)模型對(duì)過(guò)濾器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了過(guò)濾器內(nèi)部的速度分布和水力特性,并將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,證實(shí)了數(shù)值模擬的可行性。付全榮等(2013)采用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù),選用 RSM (Reynolds Stress EquationModel)湍流模型對(duì)固—液水力旋流器中水細(xì)煤粉兩相的三維流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,給出了旋流器內(nèi)壓降分布和切向速度分布。劉文娟(2014)對(duì)砂過(guò)濾器過(guò)濾和反沖洗進(jìn)行了數(shù)值模擬。

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