導(dǎo)流片對Y型網(wǎng)式過濾器性能的影響

周理強，韓 棟，喻黎明，李 娜※，郭歡歡，王作恒

（1. 昆明理工大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品學(xué)院，昆明 650500；2. 武漢三江航天遠方科技有限公司，武漢 430038；3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部工程建設(shè)服務(wù)中心，北京 100081；4. 黃石新興管業(yè)有限公司，黃石 435005）

0 引 言

微灌技術(shù)自上個世紀70年代實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用開始，就獲得了快速發(fā)展[1-2]，目前網(wǎng)式過濾器成為國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的過濾器之一，是保證整個微灌系統(tǒng)正常運行的核心設(shè)備。隨著過濾器的廣泛應(yīng)用，濾網(wǎng)堵塞問題[3-7]越來越突出，已成為工程技術(shù)人員、科研學(xué)者關(guān)注的熱點問題。濾網(wǎng)堵塞直接影響過濾器的工作效率，嚴重時甚至會造成微灌系統(tǒng)的報廢，這已成為亟待解決的問題，也是中國引進微灌技術(shù)40余年以來，微灌事業(yè)不能迅速發(fā)展[8-9]的重要原因之一，因此，提高過濾性能、解決濾網(wǎng)堵塞難題對現(xiàn)代微灌系統(tǒng)的發(fā)展意義重大。

目前，國內(nèi)外對網(wǎng)式過濾的優(yōu)化研究主要集中在工作環(huán)境優(yōu)化、宏觀結(jié)構(gòu)改進上。Adin等[10]通過試驗發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)堵塞率取決于過濾速度、有機物含量這些變量。Capra等[11]建議過濾廢水時需經(jīng)稀釋和沉淀處理，使用可靠廢水過濾以降低堵塞風險。Duran-Ros等[12]指出給定高效反沖洗需要的工作壓力，可以減少過濾器循環(huán)堵塞的次數(shù)。王新坤等[13]采用多孔介質(zhì)模型對過濾器筒體形狀、進出口位置和進出口角度進行優(yōu)化，改善了過濾器內(nèi)部流場分布，使濾網(wǎng)使用壽命延長。陶洪飛等[14]認為在實際運行中選擇合適的濾網(wǎng)孔徑以減少濾網(wǎng)需要承受的壓強差使其不易破損。Wu等[15]提出在濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)選擇合適的進出口內(nèi)徑，以減少沿程水頭損失和局部水頭損失。

為提高過濾器的抗堵塞性能，已有研究對既定的模型進行了大量的探索與優(yōu)化分析。但他們都著眼于過濾器的宏觀水力性能，未對網(wǎng)式過濾器存在導(dǎo)流片時的影響進行研究，也未對網(wǎng)面流量、沙粒在型腔內(nèi)的運動及在網(wǎng)面上的分布等進行微觀分析，難以得出直觀的結(jié)論。而對抗堵塞性能的研究，需要從根本上分析不同工況下水力性能與泥沙運動分布之間的內(nèi)在聯(lián)系，不能單對試驗結(jié)果推測或流場分布來判斷。本文通過CFD-DEM[16-17]（Computational Fluid Dynamics, CFD; Discrete Element Method, DEM）耦合模擬導(dǎo)流片對Y型網(wǎng)式過濾器內(nèi)部流態(tài)和沙粒運動分布規(guī)律的研究，對比有、無導(dǎo)流片時網(wǎng)面流量的變化情況，分析流量對網(wǎng)面沙粒分布的影響，探討過濾器內(nèi)部流態(tài)與堵塞之間的關(guān)系，提出改善局部堵塞和過濾性能的措施，為過濾器產(chǎn)品的優(yōu)化提供思路。

1 數(shù)值計算及試驗驗證方法

1.1 數(shù)值計算方法

1.1.1 過濾器結(jié)構(gòu)

Y型網(wǎng)式過濾器（以下簡稱過濾器）的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示，主要由筒體、濾芯以及堵頭組成。其中，濾芯（圖 1b）為復(fù)合結(jié)構(gòu)，由可拆卸的支撐筒和濾網(wǎng)組成，方便渾水試驗結(jié)束后對濾網(wǎng)面上的沙粒分布情況進行觀察；濾網(wǎng)用細金屬絲編制而成，起到過濾泥沙介質(zhì)作用。堵頭起到固定濾芯與密封作用，通過螺紋活動連接在筒體上，方便濾芯的拆裝。

圖1 Y型網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of Y-screen filter

1.1.2 模型的建立與邊界條件

為了說明導(dǎo)流片對過濾器存在的影響，對有、無導(dǎo)流片的過濾器進行數(shù)值模擬。導(dǎo)流片安置于過濾器出口處，其對稱軸與過濾器中截面相重合。2種過濾器除有、無導(dǎo)流片差異外，其他結(jié)構(gòu)尺寸均相同，濾芯通用，均采用80目（0.18 mm）濾網(wǎng)，濾網(wǎng)孔徑為197.5μm，支撐架沖孔孔徑為1.785 mm，其他幾何參數(shù)如圖2所示。

圖2 Y型網(wǎng)式過濾器幾何參數(shù)示意圖Fig.2 Diagram of geometry parameters for Y-screen filter

網(wǎng)格劃分對數(shù)值模擬計算（以下簡稱數(shù)模）結(jié)果至關(guān)重要，本算例對實際模型進行了適當簡化，模型采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，為了保證計算的準確性，在濾網(wǎng)交接處加密網(wǎng)格以提高精度，并進行網(wǎng)格無關(guān)性檢驗，即把模型節(jié)點數(shù)分別提高1.5、2、3倍，數(shù)模結(jié)果均在收斂誤差允許范圍內(nèi)，故最終選取無、有導(dǎo)流片過濾器的計算域網(wǎng)格節(jié)點數(shù)為 9.4×105、1.1×106。

由于過濾器內(nèi)部存在回流與射流現(xiàn)象[13,18]，故采用標準k-ε模型[19]。進口設(shè)置為速度入口條件，水相與沙粒相均采用相同的入口速度1 m/s，湍流強度為5%，入口水力直徑為24 mm，形狀為圓形，出口采用壓力出口條件，壓力為標準大氣壓，回流湍流強度取默認值，壁面采用標準壁面函數(shù)。

1.1.3 數(shù)學(xué)模型及其原理

過濾器內(nèi)水流視為粘性不可壓縮的流體，考慮濾芯壁面粗糙度的影響，忽略表面張力的作用[20]，沙粒所占體積分數(shù)不到1%，故忽略其對水相的作用而采用歐拉—拉格朗日模型，所設(shè)的模型參數(shù)參考文獻[21]，兩相流控制方程與沙粒平衡方程的計算公式參照文獻[22-23]。在數(shù)模時有、無導(dǎo)流片過濾器參數(shù)設(shè)置均相同，均從 0時刻開始并投放沙粒，投放速率為每秒5 000個，沙粒直徑為220μm。

1.1.4 沙粒統(tǒng)計分析

水流夾雜著沙粒進入過濾器內(nèi)腔，濾網(wǎng)的篩分效應(yīng)使粒徑大于孔徑的沙粒被攔截，并分布在濾網(wǎng)的各個區(qū)域?？紤]到過濾器內(nèi)部沙粒運動復(fù)雜、分布范圍廣且具有隨機性，本文采用區(qū)域劃分方法，統(tǒng)計落在不同區(qū)域上的沙粒數(shù)，并用相對標準偏差Sr作為衡量指標[24]，輔助分析濾網(wǎng)面上沙粒分布的均勻性，Sr能反映不同條件下不同區(qū)域的沙粒分布情況。

式中N為區(qū)塊數(shù)；zi為該區(qū)域內(nèi)沙粒數(shù)；為區(qū)域平均沙粒數(shù)。Sr越小表明沙粒分布越均勻。

1.2 試驗材料與方法

1.2.1 試驗材料與裝置

試驗用清水為普通自來水，同時為了排除水源其他雜質(zhì)（如有機物等）影響，自制待過濾液。渾水水樣所用土樣為取自中國云南的一種常見紅壤土。將泥沙基于Zeier等[25-26]對沙粒孔徑比的設(shè)置（0.34～1.5和1.15～2.7）進行分級過篩，根據(jù)過濾器的精度（197.5μm）選取篩分度在 125～355μm 之間的篩網(wǎng)對原始土樣進行篩選，再配置土樣質(zhì)量分數(shù)為0.3‰的試驗用渾水。

試驗在昆明理工大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品學(xué)院實驗室內(nèi)（室溫條件下）進行。試驗裝置由蓄水池、潛水泵、網(wǎng)式過濾器、流量計、壓力表以及各類管道配件組成（如圖3）。

圖3 網(wǎng)式過濾器試驗裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of experimental device for screen filter

整個試驗裝置可以認為是一個完整的循環(huán)過濾系統(tǒng)。試驗開始時，在蓄水池中注入足量的清水（或渾水），潛水泵完全浸沒在蓄水池的水中，潛水泵在離心力的作用下，使水流由蓄水池經(jīng)進水管、調(diào)節(jié)閥、壓力表流入過濾器，再經(jīng)水管、壓力表、止回閥、流量計、出水管口流回蓄水池。流回蓄水池的水又在潛水泵的作用下進行下一個循環(huán)。

1.2.2 試驗方法

參照數(shù)模將試驗分為清水與渾水兩部分，對過濾器進行不同入口流量的清水水頭損失試驗和渾水堵塞試驗。清水試驗用于計算過濾器的水力性能并與數(shù)模中過濾器流量-壓降曲線對比分析，通常網(wǎng)式過濾器的流量-壓降曲線遵循[27]。

式中Δh為進出口之間的壓降，m；Q為總流量，L·h-1；k為壓降系數(shù)，x為流態(tài)指數(shù)。

渾水試驗用于觀察沙粒在濾網(wǎng)面上的分布情況，對比有、無導(dǎo)流過濾器之間的差異，并與數(shù)模中的結(jié)果形成對比。本試驗采用80目（0.18 mm）濾網(wǎng)，試驗結(jié)束后將濾芯卸下，把濾網(wǎng)取出并展開，用相機拍攝沙粒在濾網(wǎng)面的分布圖與數(shù)模中沙粒分布圖進行對比。

由于沙粒平均粒徑超過270μm容易沉積在水箱底部從而影響試驗效果，因此在進行渾水試驗時，需要人工不斷攪拌蓄水池中的渾水，防止沙粒沉淀在蓄水池底部，同時，在過濾系統(tǒng)不斷的循環(huán)下，回流渾水也能起到摻混的作用。

2 結(jié)果分析

2.1 導(dǎo)流片對水力性能的影響

2.1.1 流量與壓降

計算試驗和數(shù)模不同流量增量下過濾器兩端壓降，并根據(jù)式（2）對數(shù)據(jù)點進行擬合，得到流量-壓降曲線圖4。

圖4 清水狀態(tài)下的流量-壓降曲線Fig.4 Flow rate-pressure drop curve of filter with clean water

有、無導(dǎo)流片過濾器的數(shù)值模擬與其試驗測試之間的壓降系數(shù)差異分別為8.94%與9.32%，是因為濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完全相同所致，濾芯由支撐筒與橫豎交替的金屬絲編制網(wǎng)（圖 5a）組成，兩者之間的重疊導(dǎo)致部分網(wǎng)孔不完整且形狀難以判斷，同時，由于濾網(wǎng)制造水平的限制導(dǎo)致網(wǎng)孔大小往往不一，而數(shù)值模型（圖 5b）對濾網(wǎng)進行適當?shù)暮喕?，忽略部分重疊的網(wǎng)孔與重疊金屬絲厚度，并將所有網(wǎng)孔視為標準大小，所以結(jié)果存在一定的差異[28]。若完全按照1:1模型，則網(wǎng)格化的過程極其復(fù)雜，而數(shù)模中為減少網(wǎng)格數(shù)量簡化了實際濾網(wǎng)，使常規(guī)的工作站能夠運算，數(shù)模濾網(wǎng)中流體運動環(huán)境更加理想，因而相同流量下實測過濾器的水頭損失會更大。

數(shù)值模擬和試驗測試中決定系數(shù)為R2分別為 1、0.999 1和0.998 9，說明試驗和數(shù)模中水力性能遵循過濾器的壓降變化規(guī)律，并通過t檢驗法對其結(jié)果的準確度驗證[29]，得到兩者之間的壓力值無顯著性差異，因此結(jié)果具有可靠性。

過濾器的壓降系數(shù)k與流態(tài)指數(shù)x，均與過濾器的結(jié)構(gòu)相關(guān)[30]。內(nèi)置導(dǎo)流片改變了過濾器原始結(jié)構(gòu)，影響了過濾網(wǎng)內(nèi)流體運動規(guī)律導(dǎo)致系數(shù)k發(fā)生變化，從圖4可知，有導(dǎo)流片與無導(dǎo)流片的過濾器相比，試驗結(jié)果擬合得到的壓降系數(shù)k增大了 17.92%，數(shù)模擬合k值增大了18.33%，說明有導(dǎo)流片時過濾器水頭損失較無導(dǎo)流片時大。因為導(dǎo)流片擋在無導(dǎo)流片時主要的出流區(qū)域，改變了水流方向，增加了水流在網(wǎng)腔內(nèi)的流動，從而增加了過濾器內(nèi)的能耗，增大了總壓損失；壓降系數(shù)越大也即相同壓差下過流量更小，而有導(dǎo)流片過濾器壓降系數(shù)明顯較大，也即在相同壓差下過流量更小。

圖5 濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structural diagram of filter screen

2.1.2 流場分布

圖 6為清水狀態(tài)下過濾器的中截面流線圖，無導(dǎo)流片過濾器水流可以直接從出水口處流出，而有導(dǎo)流片過濾器中，水流在導(dǎo)流片的導(dǎo)流作用下直接向前滑移，說明導(dǎo)流片改變了水流的方向與分布，使得過濾器內(nèi)的水流分布更趨于合理，避免水流過于集中某個位置，致使局部位置水流過大。

圖 5表明，過濾器型腔內(nèi)會產(chǎn)生回流現(xiàn)象，且在拐角明顯，此時，若在拐角處進行合理結(jié)構(gòu)優(yōu)化，把“尖角”設(shè)計為一定大小的圓角，可以減小或避免回流的產(chǎn)生。拐角處阻礙了水流流動，增大了水流與內(nèi)壁面的摩擦造成動能損失，讓更多水流回流或滯留于此，不利于水流保持原來水勢繼續(xù)流動，增大了水流損失。拐角處讓更多的動能轉(zhuǎn)換為勢能，使局部壓強變大，當壓力高達一定值時容易造成過濾器破損。另外，回流的存在致使部分泥沙處于死循環(huán)狀態(tài)，增加了應(yīng)該通過而沒有通過過濾器的泥沙數(shù)量，降低了整體過濾效率。

圖6 過濾器中截面流線圖Fig.6 Streamline diagram of section in filter

以濾網(wǎng)出口處的對稱軸（Z軸）為展開軸，得到網(wǎng)面流量分布如圖 7所示。流量整體從中間位置向兩側(cè)不斷下降，高、中、低速流量區(qū)對應(yīng)于濾網(wǎng)面出口側(cè)、進出口中側(cè)、進口側(cè)。由等值線 13 L/h圍成的有導(dǎo)流片、無導(dǎo)流片過濾器高速流量區(qū)域面積分別為 252.4、476.6 mm2，減小了47.05%，說明導(dǎo)流片可以減少過濾器高速流量區(qū)的面積，因為導(dǎo)流片阻礙了出口處濾網(wǎng)水流的流出，讓原本高速流量區(qū)流速變小形成中低速流量區(qū)，從而改變了各區(qū)域流量分布。

圖7 網(wǎng)面流量分布圖Fig.7 Flow rate distribution of screen

由圖 7可知，過濾器網(wǎng)上流量分布極為不均，有、無導(dǎo)流片流量最值比（最大流量比最小流量的值）分別為4.1、4.9，表1為網(wǎng)面流量結(jié)果，其中有導(dǎo)流片較無導(dǎo)流片時最大流量減小了4.78%，最小流量增大了10.75%，表明過濾器中加了導(dǎo)流片后，網(wǎng)面流量分布更加均勻。導(dǎo)流片具有導(dǎo)流性和分配特性，可以讓網(wǎng)面水流進出更加平穩(wěn)。

表1 網(wǎng)面流量Table 1 Flow rate on the screen

2.2 導(dǎo)流片對沙粒分布的影響

2.2.1 沙粒在過濾器型腔內(nèi)的分布

有無導(dǎo)流片時沙粒隨時間在型腔內(nèi)分布位置變化如圖 8所示。無導(dǎo)流片時沙粒分布較為分散，在過濾網(wǎng)面出口處、過濾室兩側(cè)和堵頭上均有較多積聚。因為沙粒在很大程度上受到局部流速的影響，局部流速越大單位時間內(nèi)通過流量越大，沙粒隨水流流入的數(shù)量越多，攔截在濾網(wǎng)中沙粒就越多，對照流量圖7，這正好與沙粒分布現(xiàn)象相對應(yīng)。而有導(dǎo)流片時沙粒主要集中在堵頭內(nèi)，少部分在過濾網(wǎng)出口側(cè)的軸線上，其它位置較少且分布均勻、分散。因為有導(dǎo)流片過濾器在開始工作時，入口的水流先撞擊在導(dǎo)流片上，通過導(dǎo)流片的導(dǎo)流作用使水流滑移沖向堵頭，沙粒在水流作用下沖向了堵頭，所以沙粒集中在堵頭位置，隨著水流的回流及分散，沙粒也分散到各處，由于濾網(wǎng)出口側(cè)軸線上的流量較大，所以沙粒在出口側(cè)沿軸線分布。過濾時長t=1～3 s時，濾網(wǎng)面出口處、過濾室兩側(cè)的沙粒隨時間增大而沉積變多，而t=4 s時，濾網(wǎng)面出口處、過濾室兩側(cè)沙粒分布規(guī)律隨時間增大再無明顯變化，故不再考慮后續(xù)過程。

圖8 不同過濾時長的沙粒在過濾器型腔內(nèi)的分布圖Fig.8 Sand distribution in filter cavity at different times

沙粒在型腔和堵頭內(nèi)垂向分布結(jié)果如表2。隨著過濾時長的增加，有、無導(dǎo)流片過濾器的型腔沙粒數(shù)、堵頭沙粒數(shù)都在增加，但增加的速率不同。在運行時間1～4 s內(nèi)，無導(dǎo)流片時堵頭內(nèi)沙粒與沙?？倲?shù)比是增加的，每增加1 s，各時刻的占比分別為27.22%、40.36%、47.05%和50.98%，即4 s時，型腔內(nèi)沙粒數(shù)與堵頭內(nèi)沙粒數(shù)非常接近；而有導(dǎo)流片時，在開始堵頭內(nèi)沙粒數(shù)就超過型腔內(nèi)沙粒數(shù)，1～4 s內(nèi)，堵頭內(nèi)沙粒數(shù)占總數(shù)比分別為68.80%、83.00%、87.55%和90.07%，即過濾時間越長，到堵頭內(nèi)的沙粒數(shù)越多。

表2 過濾器內(nèi)的沙粒數(shù)Table 2 Number of sand in filter

由表 2可知，導(dǎo)流片讓更多沙粒隨水流流向堵頭，讓較少沙粒分布在過濾室內(nèi)，為了讓更多沙粒滯留堵頭中，設(shè)計過濾器時建議合理加大堵頭尺寸。當過濾系統(tǒng)運行后，水流在動能和勢能的作用下，一部分水流順著濾芯內(nèi)壁面向下滑移向堵頭；當水流撞到堵頭內(nèi)壁面時，由于慣性水流保持繼續(xù)前移趨勢，而堵頭阻礙其前移，致使水流在堵頭內(nèi)產(chǎn)生回流，沙粒也隨著水流產(chǎn)生回流。雖然在堵頭內(nèi)產(chǎn)生回流，但回流沒有把所有沙粒卷到過濾室內(nèi)，仍然有許多沙粒滯留在堵頭上，一方面由于水流沿過濾器內(nèi)壁面滑移至堵頭的過程中，摩擦、湍流等作用使水頭損失嚴重，再者水流行程較長導(dǎo)致動能大量衰減，所以此時回流力非常小，沒有足夠的動能使大部分沙?；亓髦吝^濾器型腔內(nèi)；另一方面，堵頭有一定的高度，相比沙粒尺寸非常大，此時堵頭內(nèi)側(cè)壁面將會阻礙沙粒向過濾室內(nèi)推進。所以加大堵頭尺寸，可以加大水流行程減小回流能力，更重要的是，加大堵頭尺寸直接阻礙水流流出，使水流在堵頭內(nèi)產(chǎn)生回流并滯留于此（沙粒也滯留于此），減少沙?；亓髦吝^濾器室與濾網(wǎng)面接觸并附著其上而導(dǎo)致的堵塞概率，間接提高了過濾器的抗堵塞性能與過流能力。但是堵頭尺寸過大會影響過濾器外形安裝尺寸，也增加了材料成本，因此，合理設(shè)計堵頭可以提高過濾器的抗堵塞性能。

2.2.2 沙粒在濾網(wǎng)面上的分布

有、無導(dǎo)流片時沙粒在濾網(wǎng)展開面上隨時間變化分布如圖9所示。

圖9 不同過濾時長的沙粒在過濾器網(wǎng)面上的分布圖Fig.9 Sand distribution on the screen of filter at different times

網(wǎng)面上的沙粒沿中心軸線成對稱分布，隨著時間的推移，在濾網(wǎng)面上積聚的沙粒越來越多，在網(wǎng)面中心線中上部位及兩側(cè)流量較大的位置積聚了大量沙粒，甚至出現(xiàn)了濾餅層，尤其是在無導(dǎo)流片情況下非常明顯，結(jié)合表 3沙粒數(shù)統(tǒng)計可知，隨著時間的延長，濾網(wǎng)面上沙粒數(shù)量越來越多，比較有、無導(dǎo)流片情況，在1～4 s時間內(nèi)，無導(dǎo)流片時濾網(wǎng)上的沙粒均值是有導(dǎo)流片時的4.25倍，相比1 s時刻，4 s時刻時無導(dǎo)流片時濾網(wǎng)面上沙粒數(shù)增加了54.47%，而有導(dǎo)流片時僅增加了30.14%，說明無導(dǎo)流片時更多沙粒滯留在濾網(wǎng)面上，不利于水流快速通過，降低了過濾器的工作效率。

表3 網(wǎng)面上的沙粒數(shù)Table 3 Number of sand on the screen

由表3中，有無導(dǎo)流片時網(wǎng)面沙粒數(shù)Sr值隨著時間增加而增大，且每個時刻無導(dǎo)流片的Sr值都明顯大于有導(dǎo)流片的Sr值，其Sr均值增大了1.49倍。根據(jù)式（1）Sr的定義，Sr值越大表明沙粒分布越不均勻，網(wǎng)面沙粒團聚位置更多、聚集面積更廣（圖8），在過濾過程中，沒有通過濾網(wǎng)的沙粒在濾孔孔隙上方形成架橋，使之成為形成較厚濾餅的基礎(chǔ)，且隨著濾渣的逐漸堆積，在濾網(wǎng)上逐漸形成較厚濾餅層，讓原來由濾網(wǎng)面截留懸浮沙粒變成由逐漸增厚的濾餅層繼續(xù)截留，將二維截留轉(zhuǎn)變?yōu)槿S截留，增大了過濾阻力，使之能截留遠小于濾孔尺寸的沙粒，讓原本能通過濾網(wǎng)的沙粒也截留在濾網(wǎng)上，使過濾器堵塞更嚴重。所以Sr值越大，越容易使沙粒發(fā)生“架橋現(xiàn)象”，因此無導(dǎo)流片過濾器堵塞更為嚴重，且較有導(dǎo)流片過濾器先堵死。

2.3 導(dǎo)流片提高過濾性能的試驗驗證

為了驗證數(shù)模在2.2.1、2.2.2節(jié)中得出的結(jié)論，用渾水試驗對有無、導(dǎo)流片過濾器進行過濾性能測試。由圖10a可知，隨著過濾時長的推移，有無導(dǎo)流片過濾器的總流量不斷增大，但在相同時間內(nèi)有導(dǎo)流片過濾器的流量較無導(dǎo)流片時的大，過濾效率更高。圖10b 為總流量-流速下降比圖，有無導(dǎo)流片過濾器在初始狀態(tài)下流速相等，隨流量增加，攔截沙粒逐步增加，流量增量變?。魉僮兟?，且無導(dǎo)流片時的流速降幅大，在流量0.52 m3時，無導(dǎo)流片過濾器流速迅速降到初始速度 70%，而有導(dǎo)流片過濾器流速降低至 87%，說明有導(dǎo)流片過濾器的流速損失小，水頭損失也小有利于渾水過濾。在流量0.52 m3以后，無導(dǎo)流片過濾器流速不再降低，過濾器已完全堵塞，而此時有導(dǎo)流片過濾器流速還有繼續(xù)下降趨勢，過濾器還沒有完全堵死，通過對比得出，有導(dǎo)流片過濾器較無導(dǎo)流片過濾器抗堵塞性能好。

總流量為0.5 m3時，濾網(wǎng)上沙粒分布如圖11所示，盡管在水泵停機后可能存在退水過程中的干擾而導(dǎo)致部分沙粒脫離，但仍能保存沙粒附著在濾網(wǎng)上的大致形狀，與數(shù)模結(jié)果（圖9）分布的規(guī)律基本一致。

圖10 渾水試驗結(jié)果Fig.10 Results of muddy water test

圖11 試驗的網(wǎng)面沙粒分布Fig.11 Sand distribution of screen of experiments

3 結(jié) 論

1）清水試驗時，有導(dǎo)流片壓降系數(shù)較無導(dǎo)流片增大了17.92%，不利于水流過流；而渾水時情況相反，有導(dǎo)流片壓降系數(shù)較無導(dǎo)流片小，有利于渾水過濾。

2）無導(dǎo)流片時，過濾器網(wǎng)面上流量分布極不均勻，最大值與最小值差4.9倍，有導(dǎo)流片時則改變了水流運動方向與分布，讓濾網(wǎng)面上水流分布更趨于均勻，與無導(dǎo)流片相比，最大流量下降了 4.78%，最小流量增加了10.75%，流速較高且大于 13 L/h流量區(qū)的面積縮小了47.05%，減少了過流集中的現(xiàn)象。

3）有導(dǎo)流片時，90.07%的泥沙都到了堵頭內(nèi)，無導(dǎo)流片時僅50.98%的泥沙在堵頭內(nèi)，導(dǎo)流片讓更多沙粒隨水流流向堵頭，減少了在濾網(wǎng)面上的堆積，提高了過濾器的抗堵塞性能。

4）濾網(wǎng)上沙粒主要分布在網(wǎng)面中心線上及兩側(cè)流量較大的位置上，有導(dǎo)流片時，濾網(wǎng)面上沙粒增長較慢，過濾器流速下降比變化平緩，過流能力明顯強于無導(dǎo)流片的過濾器，與數(shù)模結(jié)論一致。