滕曉靜　陶洪飛　朱玲玲　鄭文強(qiáng)　胡建強(qiáng)　俞竣豪

摘要：采用Fluent軟件中的Realizable k-ε湍流模型與多孔介質(zhì)階躍面對(duì)不同流量下全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器的清水流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：數(shù)值計(jì)算中進(jìn)、出口間水頭損失同物理試驗(yàn)的吻合程度較高，選擇的數(shù)學(xué)模型具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)比不同流量下的計(jì)算結(jié)果可知，流量不同時(shí)過(guò)濾器內(nèi)速度分布規(guī)律相同，壓強(qiáng)分布規(guī)律也相同，但流量越大，水頭損失越大，濾網(wǎng)內(nèi)外側(cè)的速度差、壓強(qiáng)差也就越大；過(guò)濾器內(nèi)的速度和壓強(qiáng)分布越不均勻，結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器；數(shù)值模擬；水頭損失；流量；流場(chǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV14 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-1683（2017）02-0176-09

根據(jù)過(guò)濾原理，過(guò)濾器可分為砂石過(guò)濾器、離心過(guò)濾器、網(wǎng)式過(guò)濾器、疊片過(guò)濾器；而組合過(guò)濾器能綜合兩個(gè)過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)；楊勝敏就過(guò)濾器選型進(jìn)行了研究，在他給出的過(guò)濾器類(lèi)型及組合方式的選擇建議中，網(wǎng)式過(guò)濾器都是作為最末級(jí)過(guò)濾器，因此網(wǎng)式過(guò)濾器的性能好壞對(duì)整個(gè)微灌系統(tǒng)十分重要。

全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器是在傳統(tǒng)網(wǎng)式過(guò)濾器的基礎(chǔ)上提出的一種滿足低壓排沙要求的新型過(guò)濾器，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)能率高、自清洗不斷供水以及水沙分離效率高等特點(diǎn)。但關(guān)于魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器的研究尚處于起步階段，尤其是該過(guò)濾器中的流場(chǎng)分布規(guī)律。當(dāng)前，很難通過(guò)現(xiàn)有的測(cè)試手段（如PIV或LDP）來(lái)測(cè)量速度場(chǎng)，因此選擇正確的數(shù)學(xué)模型對(duì)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器中的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬不失為一種有效的方法。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用以及計(jì)算機(jī)容量的增大，目前仿真模擬流動(dòng)具有很高的可靠性和準(zhǔn)確度。已有許多學(xué)者將數(shù)值模擬運(yùn)用到過(guò)濾器的研究中，如姚卓飛利用Realizable k-ε湍流模型對(duì)陶瓷過(guò)濾器進(jìn)行模擬，并且涉及到氣-固兩相流的分離以及流體穿越多孔介質(zhì)等復(fù)雜的過(guò)程；李景海等人采用Eulerian模型作為石英砂濾層反沖洗數(shù)值模擬模型，對(duì)濾層的反沖洗過(guò)程進(jìn)行了瞬態(tài)模擬；王忠義等人合理簡(jiǎn)化了管道過(guò)濾器濾芯，將其平面化并結(jié)合多孔介質(zhì)模型將濾芯的阻力特性轉(zhuǎn)換為邊界條件。另外還有許多針對(duì)網(wǎng)式過(guò)濾器的數(shù)值模擬，王新坤以AZUD公司一款進(jìn)口直徑為50 mm的普通微灌網(wǎng)式過(guò)濾器為研究對(duì)象，利用數(shù)值模擬得到該過(guò)濾器的流場(chǎng)特性，并對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化；李浩等人以AZUD-M 100網(wǎng)式過(guò)濾器為樣品，分別采用3種不同湍流模型對(duì)過(guò)濾器流場(chǎng)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)基于多孔介質(zhì)模型的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型或Realizable k-ε模型更適合過(guò)濾器的數(shù)值模擬；宗全利、于旭永、駱秀萍等人針對(duì)自清洗網(wǎng)式過(guò)濾器進(jìn)行了多方面的研究，得到該過(guò)濾器內(nèi)部流場(chǎng)特性的相關(guān)資料。

本文將利用Fluent軟件模擬不同進(jìn)流量下全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器的清水流場(chǎng)，并結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步探究進(jìn)流量對(duì)該過(guò)濾器內(nèi)部流場(chǎng)的影響，這將為全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器的進(jìn)一步研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考。

1全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器的介紹

全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“過(guò)濾器”）由罐體、濾網(wǎng)、魚(yú)雷、自動(dòng)控制器等部分組成，其整體示意圖見(jiàn)圖1（a）。該過(guò)濾器創(chuàng)新之處是在濾網(wǎng)內(nèi)加入魚(yú)雷部件，旨在較小的工作壓力下也能完成過(guò)濾和沖洗工作。魚(yú)雷和濾網(wǎng)的形狀見(jiàn)圖1（b）和（c）。過(guò)濾器罐體、濾網(wǎng)、魚(yú)雷的長(zhǎng)度分別為1.031 m、0.961 m、1.031 m。罐體、濾網(wǎng)、魚(yú)雷的直徑分別為0.254 m、0.2m、0.154m。進(jìn)口和出口直徑均為0.2 m。

該過(guò)濾器為全自動(dòng)過(guò)濾器，進(jìn)、出水口裝有壓力傳感器，能采集進(jìn)水口和出水口的壓力并反饋給控制器，只需在控制器中預(yù)先設(shè)置好壓差、排污時(shí)間，過(guò)濾器即可自動(dòng)完成反沖洗、排污、停止反沖洗等工作。工作原理為：灌溉水由進(jìn)水管進(jìn)入濾網(wǎng)中，凈水穿過(guò)濾網(wǎng)，流向出水口，而污物則會(huì)被截留在濾網(wǎng)內(nèi)。隨著污物的積累，水頭損失逐漸增加，當(dāng)過(guò)濾器出水口壓力與進(jìn)水口壓力達(dá)到預(yù)定壓差值時(shí)，控制器便自動(dòng)開(kāi)啟排污閥，此時(shí)一部分水流沖刷濾網(wǎng)上的污物，并攜帶污物從過(guò)濾器尾部的排污管排出；另一部分水流則通過(guò)濾網(wǎng)從出水口排出。當(dāng)排污時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間，控制器自動(dòng)關(guān)閉排污閥，沖洗結(jié)束。

2全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬

2.1數(shù)學(xué)模型

多孔階躍面（porous jump）是多孔介質(zhì)模型的一維簡(jiǎn)化，可用于模擬已知速度_壓降特性的薄膜，多孔階躍面比多孔介質(zhì)模型收斂性更好。多孔介質(zhì)模型通過(guò)在動(dòng)量方程中增加源項(xiàng)來(lái)模擬計(jì)算域中多孔性材料對(duì)流體的流動(dòng)阻力。該源項(xiàng)由兩部分組成，即黏性阻力項(xiàng)和慣性損失項(xiàng)。

黏性阻力系數(shù)和慣性阻力系數(shù)的計(jì)算方法有好幾種，本文采用Ergun方程計(jì)算通過(guò)層床的阻力系數(shù)。該型方程能較好地結(jié)合孔隙形狀和黏性的影響，其具體形式如下：

（1）

（2）

（3）

（4）

湍流模型選Realizable k-ε模型，與多孔介質(zhì)階躍面耦合求解這種湍流模型的湍動(dòng)能k和耗散率ε的方程見(jiàn)文獻(xiàn)

2.2坐標(biāo)系的建立及典型面的選取

為了分析過(guò)濾器流場(chǎng)分布情況，本文選取了若干典型面進(jìn)行分析。圖2是過(guò)濾器的三維坐標(biāo)圖，其中沿過(guò)濾器長(zhǎng)度方向?yàn)閄軸，沿高度方向?yàn)閅軸，沿寬度方向?yàn)閆軸，坐標(biāo)軸原點(diǎn)坐標(biāo)（0，0，0）在進(jìn)水口中心處。選取的典型面分別是Z=0 m、X=0.2、0.41、0.51、0.61、1.2 m。Z=0 m斷面是沿濾網(wǎng)軸線上的縱斷面，通過(guò)該斷面，可以直觀、全面地觀察過(guò)濾器內(nèi)部速度和壓強(qiáng)的分布規(guī)律。X=0.2m、X=1.2 m分別是沿濾網(wǎng)軸線上魚(yú)雷頭部和尾部的橫斷面，這兩個(gè)斷面能反映出魚(yú)雷部件對(duì)水流的影響。X=0.41、0.51、0.61 m三個(gè)斷面是出水管附近的橫斷面，出水管對(duì)過(guò)濾器的影響可從這三個(gè)斷面中表現(xiàn)出來(lái)，其中，X=0.51 m斷面是過(guò)出水管圓心的橫斷面而X=0.41和0.61 m分別是過(guò)出水管沿X軸方向的最的左端和最右端的橫斷面。

2.3網(wǎng)格劃分及計(jì)算方法

模型的建立和網(wǎng)格的劃分在Gambit2.3中進(jìn)行。建模完成后，將過(guò)濾器的網(wǎng)格按塊劃分：進(jìn)口段因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用六面體結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格；其余部分結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故采用四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。網(wǎng)格總數(shù)量為12萬(wàn)余個(gè)。數(shù)值模擬采用非定常流二階隱式格式；差分格式采用精度更高的二階迎風(fēng)格式；并且采用基于壓力_速度修正算法（SIM PLE）；計(jì)算區(qū)域和基本控制方程的離散采用有限體積法。殘差標(biāo)準(zhǔn)為1.0×10³，迭代時(shí)間步長(zhǎng)為1.0×10^-4s。統(tǒng)一將迭代2萬(wàn)步的數(shù)據(jù)提取出來(lái)對(duì)比分析。

2.4邊界條件

因?yàn)楸疚膬H模擬過(guò)濾狀態(tài)下的流場(chǎng)，過(guò)濾時(shí)過(guò)濾器尾部的排污口處于關(guān)閉狀態(tài)，所以排污口可視為固壁。過(guò)濾器的罐體、管道內(nèi)壁及魚(yú)雷也均按固壁定律進(jìn)行處理。入口屬于孔口進(jìn)水，可近似視為均勻流取來(lái)流方向與x軸正向一致進(jìn)口邊界條件取為：U=u，Y=0，W=0，進(jìn)口斷面平均流速u(mài)由進(jìn)口流量和進(jìn)口面積算出。過(guò)濾器出水管為壓力出口邊界條件，為了能更好的同物理實(shí)驗(yàn)對(duì)比，進(jìn)口流速、出口壓強(qiáng)的設(shè)置均同物理試驗(yàn)（具體物理實(shí)驗(yàn)見(jiàn)第3節(jié)），具體數(shù)值見(jiàn)表1。

3物理試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比

物理試驗(yàn)裝置按實(shí)際模型1：1制造，試驗(yàn)系統(tǒng)由供水設(shè)備、過(guò)濾設(shè)備及控制設(shè)備等構(gòu)成。供水設(shè)備為蓄水池，由離心泵向過(guò)濾器供水；控制設(shè)備由變頻裝置和閘閥組成，共同控制試驗(yàn)系統(tǒng)的流量大小。通過(guò)控制設(shè)備調(diào)節(jié)不同進(jìn)水口流量值（50、100、150、200、250、300及350 m³/h）。由于清水試驗(yàn)時(shí)過(guò)濾器不會(huì)產(chǎn)生堵塞，故系統(tǒng)過(guò)流量及水頭損失比較穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)10 min后，記錄過(guò)濾器的進(jìn)水口壓力表及出水口壓力表的數(shù)值，停機(jī)結(jié)束本次試驗(yàn)。最后整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算水頭損失。

表2是全自動(dòng)魚(yú)雷網(wǎng)式過(guò)濾器不同工況下的物理試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果。從表中可以看出：（1）水頭損失與進(jìn)流量有關(guān)，進(jìn)流量越大水頭損失越大；（21物理試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果的最大相對(duì)誤差和平均相對(duì)誤差分別為8.58%和5.23%，表明數(shù)值模擬具有較好的吻合性。

4水流流動(dòng)路徑

圖3（a）為Z=0 m斷面的流線圖。圖中可以觀察到：水流從進(jìn)水管進(jìn)入濾網(wǎng)，遇到魚(yú)雷頭部后，四散開(kāi)來(lái)。魚(yú)雷上部的水流先是向魚(yú)雷尾部流去，而后又折回向出水管流去。魚(yú)雷下部的水流和魚(yú)雷上部的水流運(yùn)動(dòng)狀況不同。在魚(yú)雷下部流線大體可分為兩種，一是靠近魚(yú)雷表面的水流越過(guò)出水管流向魚(yú)雷尾部，然后掉頭沿著罐體流向出水口；二是離魚(yú)雷較遠(yuǎn)的水流直接流向出水管，流線呈弧形，并因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)突變，造成水流紊亂，在出水管中產(chǎn)生明顯的漩渦。圖3（a）為X=0.51 m斷面的流線圖。圖中，水流離開(kāi)魚(yú)雷表面，沿著罐體流向出水管，左右兩股水流在出水管中間匯合。

5不同工況流場(chǎng)對(duì)比

本文選取較能代表過(guò)濾器運(yùn)行狀態(tài)的兩個(gè)物理量進(jìn)行分析，它們分別是：速度和壓強(qiáng)。限于篇幅，只對(duì)比分析三種工況：100.7 m³/h、201.1 m³/h、299.8 m³/h進(jìn)流量下的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。

5.1速度場(chǎng)分析

5.1.1Z=0 m斷面速度場(chǎng)分析

圖4為Z=0 m斷面的速度云圖。從圖4可以看出不同工況時(shí)該斷面的速度流場(chǎng)分布規(guī)律比較相似：（1）過(guò)濾器內(nèi)沿X軸流速大小分布不均勻；（2）水流均勻地從進(jìn)水管進(jìn)入濾網(wǎng)，當(dāng)水流運(yùn)動(dòng)至魚(yú)雷頭部（X=0.2 m）時(shí)，受其阻擋，魚(yú)雷頭部中心點(diǎn)處流速很小。（3）水流沿著魚(yú)雷運(yùn)動(dòng)，因?yàn)V網(wǎng)中裝有魚(yú)雷，大大減小了過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，由液體連續(xù)方程可知，當(dāng)流量為定值時(shí)，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e減小，流速將會(huì)增大；X=0.25 m處過(guò)水?dāng)嗝婷娣e最小，所以該處的流速最大。（4）水流繼續(xù)沿著魚(yú)雷表面前進(jìn)，此時(shí)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e雖然沒(méi)有變化，但流速卻逐漸減小。受排污口固體邊界的影響，沿X軸正方向運(yùn)動(dòng)的液體質(zhì)點(diǎn)，與沿X軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的液體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞、摩擦和混摻，從而消耗大量的能量造成水流流速減小。（5）出水管垂直于濾網(wǎng)，水流受到出口邊界條件的影響，沿X軸的分速度會(huì)逐漸減小，而Y方向的分速度逐漸增大，所以在出水管拐彎處出現(xiàn)了一段弧形的高流速區(qū)域。在高流速區(qū)域左側(cè)，還產(chǎn)生了漩渦。

不同工況下，Z=0 m斷面速度云圖在局部又有所不同，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）水流在經(jīng)過(guò)魚(yú)雷頭部后，流量越大，魚(yú)雷頭部對(duì)水流的加速效果越明顯。如圖4（a）所示，當(dāng)流量為100.7 m³/h時(shí)，流速?gòu)倪M(jìn)水管的1 m/s左右，增加至2 m/s左右；當(dāng)流量為201.1 m³h（圖4b）時(shí)，流速?gòu)倪M(jìn)水管的1.8m/s左右，增加至3.8 m/s左右；當(dāng)流量為299.8m³/h（圖4（c））時(shí)，流速?gòu)倪M(jìn)水管的2.5 m/s左右，增加至5.5 m/s左右。即當(dāng)流量為100 7、201.1、299.8 m³/h時(shí)，水流經(jīng)過(guò)魚(yú)雷頭部后，流速分別增加了約1、2、3 m/s。魚(yú)雷的存在，能明顯增加濾網(wǎng)內(nèi)部水流的流速，這不僅能降低沖洗壓力，還能提高過(guò)濾器的沖洗效率，流量越大，沖洗時(shí)的效果會(huì)越明顯。（2）當(dāng)X>0.086 m時(shí)，流量越大，魚(yú)雷上表面的高速水流（為便于比較，文中的“高速水流”是相對(duì)于進(jìn)口水流的流速而言，并不是流速絕對(duì)值的大小，下同1所能持續(xù)的位移越短。因?yàn)榱髁吭酱螅魉僭酱?，在排污管邊界條件（視為固壁）的影響下，沿X軸負(fù)向的液體與正向流動(dòng)的液體相互碰撞所消耗能量也越大，從而高速水流所持續(xù)的位移也就越短。當(dāng)流量為100.7、201.1、299.8 m³/h時(shí)，高速水流持續(xù)的位移分別為0.54、0.48、0.4 m。而魚(yú)雷下表面則相反，流量越大，高速水流所能持續(xù)的位移越長(zhǎng)，雖然同樣受排污管邊界條件影響下，過(guò)濾器尾部的水流會(huì)沿X軸負(fù)向流動(dòng)，但大部分水流并沒(méi)有與沿X軸正向流動(dòng)的水流發(fā)生碰撞，而是直接流向出水管，因此能量損失小，所持續(xù)的位移也就越長(zhǎng)。（3）在出水口拐彎處流量越大弧形的高流速區(qū)域也越大。（4）從圖4可看出，當(dāng)流量為100.7 m³/h時(shí)，出水口處的水流流速分布很均勻；當(dāng)流量為201.1m³/h，出水口處的水流流速分布比較均勻；當(dāng)流量為290.8 m³/h時(shí)，出水口處的水流流速分布不均勻。造成這些差異的原因是Y=-0.1 m處結(jié)構(gòu)突變，水流方向從沿X正方向運(yùn)動(dòng)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檠豗軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，造成出水口處水流紊亂出水管固壁會(huì)迫使紊亂的水流完全轉(zhuǎn)變?yōu)檠豗軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。而流量越大沿X軸方向的流速就越大水流紊亂就越厲害。圖3（a）中因流量小，紊流在很短的一段距離后消除，而圖3（c）中因?yàn)榱髁看?，紊流在出水口處仍未消除?

5.1.2X=0.2 m斷面速度場(chǎng)分析

圖5為X=0.2 m斷面的速度場(chǎng)。從圖5中可知，不同流量下魚(yú)雷頭部的流速均是從中心向外逐漸增加，在到達(dá)魚(yú)雷四周邊壁處，即靠近罐體的位置，流速又快速減小。這是由于魚(yú)雷頭部流線型的形狀，具有分流作用，越靠近魚(yú)雷流速越?。煌瑫r(shí)受到過(guò)濾器罐體邊界條件的影響，流速又快速減小。

從圖5可見(jiàn)進(jìn)流量越大，該斷面最大流速也就越大，如進(jìn)水流量為100.7 m³/h時(shí)，水流的最大流速為1.3 m/s，而流量為201.1、299.8 m³/h時(shí)水流的最大流速分別為2 6、3.8 m/s。

5.1.3X=0041 m和X=0.61 m斷面速度場(chǎng)分析

圖6、圖7分別為X=0.41、0.61 m斷面的速度云圖。從這兩個(gè)斷面來(lái)看，流場(chǎng)十分相似，流量的不同對(duì)流場(chǎng)的影響十分微小。不管進(jìn)流量是多少，X=0.41、0.61 m斷面中，魚(yú)雷上部的流速均小于魚(yú)雷下部的流速。魚(yú)雷上表面沿y軸正方流速先增大后減?。涸隰~(yú)雷表面流速較小，離開(kāi)魚(yú)雷一段距離后，流速開(kāi)始增大，并保持高流速一直到濾網(wǎng)附近（Y=0.1 m），液體穿過(guò)濾網(wǎng)后能量有所損失，流速開(kāi)始減小，直到頂部罐體附近，流速降到最小。而在魚(yú)雷下表面沿Y軸負(fù)方向，流速也是先增大后減小，只是流速減小并不是因?yàn)榇┻^(guò)濾網(wǎng)，而是在受下面罐體固體邊界影響才減小。對(duì)比圖6（a）和圖7（a）（或圖6（b）和圖7（b）或圖6（c）和圖7（c）），過(guò)水?dāng)嗝婷娣e一樣，但是速度卻相差很大，由恒定總流的連續(xù)方程可知，通過(guò)斷面X=0.41 m的流量大于通過(guò)斷面X=0.61 m的流量，因?yàn)椴糠炙魍ㄟ^(guò)斷面X=0.41 m后直接從出口流出。另外從5.1.1節(jié)的分析中可知，X=0.41 m斷面正處于魚(yú)雷頭部對(duì)水流加速的區(qū)域，魚(yú)雷下表面高流速區(qū)域的范圍也很大。因此斷面X=0.41 m的流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于斷面X=0.61 m的流速。

5.1.4X=1.2 m斷面速度場(chǎng)分析

圖8為X=1.2 m斷面下的速度云圖。從圖8可知，不同流量下魚(yú)雷尾部的速度流場(chǎng)相似，即魚(yú)雷尾部處的水流流速非常小，流速在10^-2m/s數(shù)量級(jí)。濾網(wǎng)周?chē)魉倜黠@小于其他區(qū)域的流速，且固體邊界對(duì)流速的影響也變得十分明顯。

5.2壓強(qiáng)場(chǎng)分析

5.2.1Z=0m斷面壓強(qiáng)場(chǎng)分析

圖9為Z=0m斷面的壓強(qiáng)云圖。從圖9可以看出不同工況時(shí)該斷面的壓強(qiáng)場(chǎng)分布規(guī)律大致相同：（1）過(guò)濾器內(nèi)部的壓強(qiáng)大小沿x軸分布不均勻；（2）進(jìn)水管處壓強(qiáng)較大，魚(yú)雷頭部中心部位壓強(qiáng)是整個(gè)斷面上壓強(qiáng)最大的；魚(yú)雷頭部對(duì)水流有阻擋，該處承受很大的壓強(qiáng)，且由5.1.1節(jié)分析可知，魚(yú)雷頭部中心處速度很小，由能量守恒定律可知速度越小，則壓強(qiáng)越大。（3）魚(yú)雷尾部壓強(qiáng)相對(duì)出口較大，且較均勻。（4）出水管壓強(qiáng)較小，其中產(chǎn)生漩渦的區(qū)域壓強(qiáng)是整個(gè)斷面上最小的。

不同工況下，Z=0 m斷面壓強(qiáng)云圖的不同點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）魚(yú)雷頭部中心壓強(qiáng)明顯高于進(jìn)水口壓強(qiáng)，且流量越大，壓強(qiáng)差也越大。（2）該斷面上，濾網(wǎng)的位置為Y=0.1 m（上濾網(wǎng)）和Y=-0.1 m（下濾網(wǎng)），在X=0.2～0.6 m處，濾網(wǎng)內(nèi)外側(cè)有很大的壓強(qiáng)差，尤其是下濾網(wǎng)。當(dāng)流量為100.7 m³/h時(shí)，壓強(qiáng)差約為3～4 kPa；當(dāng)流量為201.1 m³/h時(shí)，壓強(qiáng)差為約為6～10 kPa；當(dāng)流量為299.8 m³/h，壓強(qiáng)約為15～20 kPa。由此可見(jiàn)，流量越大，濾網(wǎng)承受的壓強(qiáng)差越大。較大的壓強(qiáng)差固然有利于提高過(guò)濾和沖洗效率，但是也容易將大粒徑的顆粒物沖出濾網(wǎng)，進(jìn)入管道系統(tǒng)，從而堵塞灌水器，還可能造成濾網(wǎng)變形，降低濾網(wǎng)壽命。另外壓差沿濾網(wǎng)分布不均勻，在濾網(wǎng)前半段壓強(qiáng)差大，后半段壓強(qiáng)差小，容易造成污物快速在壓差大的區(qū)域聚積，而壓差小的區(qū)域堆積的污物就少很多。大壓差區(qū)域網(wǎng)孔被堵塞后，水頭損失陡增，達(dá)到控制器的閾值時(shí)，便開(kāi)始沖洗，頻繁的沖洗將降低工作效率。由于出水口位置對(duì)壓強(qiáng)影響很大，故可通過(guò)改變出水口位置來(lái)優(yōu)化過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)。

5.2.2X=0.2 m斷面壓強(qiáng)場(chǎng)分析

圖10為X=0.2 m斷面魚(yú)雷頭部的壓強(qiáng)云圖。從圖10可知，不同流量下壓強(qiáng)分布規(guī)律是相同的，即壓強(qiáng)都是從中心向外逐漸減小，但該斷面的最大壓差則不一樣，當(dāng)流量為100.7 m³/h時(shí)，最大壓差為4 kP a（如圖10（a）所示），而流量為201.1 m³/h時(shí)，最大壓差為14 kPa（如圖10（b）所示），流量為299.8 m³/h時(shí)，最大壓差為26 kPa（如圖10（c）所示），可知流量越大，造成魚(yú)雷尾部的壓差也就越大。

5.2.3X=0.41 m和X=0.61 m斷面壓強(qiáng)場(chǎng)分析

圖11、圖12分別為X=0.41 m和0.61 m斷面的壓強(qiáng)云圖。圖11、圖12中，壓強(qiáng)分布有幾個(gè)特點(diǎn)：（1）濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)大于濾網(wǎng)外部壓強(qiáng)；（2）斷面上半部分壓強(qiáng)明顯大于下半部分壓強(qiáng)；（3）壓強(qiáng)最小的位置在斷面的最下面（Y=-0.1～-0.128 m左右），該處正好緊挨著出水管，因此離出水管越近，壓強(qiáng)越小；（4）通過(guò)對(duì)比不同流量同一斷面上最大壓強(qiáng)差發(fā)現(xiàn)，流量越大壓強(qiáng)差越大。流量為100.7 m³/h時(shí)最大壓強(qiáng)差為4 kPa，流量為201.1 m³/h、299.8m³/h時(shí)最大壓強(qiáng)差分別為10 kPa、22 kPa；（5）對(duì)比同一流量，X=0.41 m斷面和X=0.61m斷面濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)，當(dāng)流量為100.7 m³/h時(shí)（即對(duì)比圖11（a）、圖12（a）），濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)分布較均勻，且斷面X=0.41、0.61 m差別不大。當(dāng)流量為201.1 m³/h時(shí)（即對(duì)比圖11（b）、圖12（b）），斷面X=0.41 m濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)分布較均勻，而斷面X=0.61 m濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)上小下大，壓強(qiáng)差約為2 kPa。當(dāng)流量為299.8 m³/h時(shí)（即對(duì)比圖11c、圖12（c）），斷面X=0.41 m濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)上大下小，而斷面X=0.61 m濾網(wǎng)內(nèi)壓強(qiáng)上小下大，壓強(qiáng)差均為2 kPa?？梢?jiàn)，流量較小時(shí)，濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)分布均勻；隨著流量增加，斷面X=0.41 m濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)仍然保持均勻分布，斷面X=0.61 m濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)開(kāi)始發(fā)生變化：下側(cè)壓強(qiáng)逐漸大過(guò)上側(cè)壓強(qiáng)；流量進(jìn)一步增大，斷面X=0.41 m濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)也開(kāi)始發(fā)生變化，上側(cè)壓強(qiáng)逐漸大過(guò)下側(cè)壓強(qiáng)斷面X=0.61 m濾網(wǎng)內(nèi)部壓強(qiáng)則繼續(xù)保持上小下大的狀態(tài)。當(dāng)流量過(guò)大時(shí)，濾網(wǎng)內(nèi)壓強(qiáng)有上大下?。ㄈ鐢嗝鎄=0.41 m）也有上小下大（如斷面X=0.61 m）這對(duì)過(guò)濾器的穩(wěn)定運(yùn)行較為不利。

5.2.4X=1.2 m斷面壓強(qiáng)場(chǎng)分析

圖13為X=1.2 m斷面的壓強(qiáng)云圖。從圖13可看出魚(yú)雷尾部處濾網(wǎng)內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)大于濾網(wǎng)外側(cè)的壓強(qiáng)，進(jìn)流量越大，對(duì)應(yīng)的濾網(wǎng)內(nèi)外壓強(qiáng)差越大，但總體壓強(qiáng)差很小，僅為1 kPa左右。

6結(jié)論

（1）不同進(jìn)流量下過(guò)濾器的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果吻合程度較高，最大相對(duì)誤差和平均相對(duì)誤差分別為8.58%和5.23%，這表明Realizablek-ε模型和多孔介質(zhì)階躍模型能很好的模擬過(guò)濾器過(guò)濾狀態(tài)的清水流場(chǎng)。

（2）流量越大，清水的水頭損失也就越大。

（3）不同流量下，速度和壓強(qiáng)分布規(guī)律大致相同，但流量越大，濾網(wǎng)內(nèi)、外側(cè)的流速差和壓強(qiáng)差也就越大。