微灌石英砂滤层流态特性与分形阻力模型参数确定

• 作者: 刘清霞 李景海 翟国亮 韩启彪 黄修桥
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 农学
• 关键词: 分形 多孔材料 灌溉 石英砂滤层 模型 清洁压降
• 年，卷（期）: 2015,（13）
• 所属期刊栏目: 农业水土工程
• 页码范围: 113-119
• 页数: 7页
• 分类号: S275.5
• 字数: 6460字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.13.016

摘要

石英砂是微灌过滤中常用滤料，具有多孔介质属性。该文将多孔介质模型和分形理论相结合，对3种粒径的微灌石英砂滤层的过滤过程展开研究。将 Ergun 型方程无量纲化，并结合试验确定了石英砂滤层的流态分区。构建了石英砂滤层清洁压降的分形阻力模型，在模型中，过滤通道曲线分形维数、滤层横截面分形维数为待定参数。为了确定二者的值，将Ergun型方程与分形阻力模型相对比，得出了Ergun型方程经验系数的分形表达式，从而确定待定参数的值。首先，结合试验数据，拟合出湍流区经验系数的值，根据经验系数的分形表达式，确定了过滤通道曲线分形维数、滤层横截面分形维数等参数，得出了湍流区分形模型的表达式。然后，以湍流流区分形参数的值为边界值，确定了Forchheimer流区过滤通道曲线分形维数表达式和滤层横截面分形维数的值，并得出了Forchheimer流区分形模型的表达式。在此基础上，分析了滤层过滤特性：1）根据Forchheimer流区过滤通道曲线分形维数的变化规律，得出了在Forchheimer流区滤层存在成熟期的结论；2）探讨了滤层最佳过滤速度和最佳清洁压降的计算方法，构建了石英砂滤层过滤性能函数，并利用过滤性能函数计算出了滤层的最佳过滤速度和最佳清洁压降。3种滤层最佳过滤速度分别为0.02、0.024和0.027 m/s，最佳清洁压降分别为6045、9660、14500 Pa。研究为微灌砂过滤器运行和设计优化提供了技术依据。

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	刘清霞	安阳工学院土木与建筑工程学院	17	40	3.0	5.0