一种面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法
专利汇可以提供一种面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种面向调控内部流动的离心式 过滤器 结构优化方法，所述优化方法包括以下步骤：步骤一：建立三维模型；步骤二：进行数值模拟计算；步骤三：内部流场分析与初判；步骤四：结构参数优化与评价；步骤五：产品成型与特性参数获取；本发明在设计过程中注重流场特性对过滤效果的影响，根据流场特征 缺陷 快速诊断结构上的待优化 位置 ，基于设定的结构参数变化 阈值 ，对待优化点进行优化，最终实现 水 头 损失和分离效率的提升。，下面是一种面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法专利的具体信息内容。
1.一种面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法，其特征在于，所述优化方法包括以下步骤：
步骤一：建立三维模型；
步骤二：进行数值模拟计算；
步骤三：内部流场分析与初判；
步骤四：结构参数优化与评价；
步骤五：产品成型与特性参数的获取。
2.根据权利要求1所述的面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法，其特征在于：所述步骤一根据选取的需要优化的离心过滤器实物模型，对离心过滤器内部流域建立等比例的所述三维模型，对所述三维模型进行网格划分，网格采用六面体非结构化网格，并对入流口、溢流口、底流口进行网格的局部加密。
3.根据权利要求2所述的面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法，其特征在于：所述步骤二进行数值模拟计算，离心过滤器内部流动简化为不可压缩的水沙两相粘性流体的高速旋转流动，满足公式(1)、公式(2a)、公式(2b)和公式(2c)的CFD计算最基本的连续方程和动量方程，对离心过滤器内部水流运动进行模拟，湍流模型选择雷诺应力模型，多相流模型选择Mixture模型，初始边界条件设置所述入流口为速度进口，所述溢流口和底流口出口为自由出流，壁面采用无滑移边界条件，计算方法采用定常的非耦合隐式算法，压力相采用二阶迎风格式，压力速度耦合采用SIMPLEC算法，动量离散格式采用QUICK；计算时先使用RSM模型计算单向流，计算趋于收敛后，即残差小于10-4，引用Mixture模型加入沙相作为第二项，调整边界条件，直至残差小于10-6，计算收敛；其中公式(1)和公式(2a)、公式(2b)、公式(2c)为：
式中，ux、ux、ux分别为x、y、z方向速度分量；t为时间；ρ为密度；
式中，p为流体微元的压强；τxx、τxy、τzx为粘性应力在各方向的分量；fx、fy、fz为各方向的单位质量力。
4.根据权利要求3所述的面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法，其特征在于：所述步骤三的内部流场分析与初判包括以下内容：
①根据步骤二的数值模拟计算结果选择典型截面上的压力、速度云图和流线图，判断所述内部流场的特征缺陷以及其对过滤效果的影响，确定所述离心式过滤器原型结构的待优化点；
②根据所述离心式过滤器轴向截面上的压力云图，判断压力值是否符合由边壁向核心减小的趋势；核心区是否存在负压力区域，该区域即为空气柱区域；根据溢流管底横截面上的压力云图，判断空气柱与所述溢流口直径比是否小于
③根据过滤器内部流体的流线图，分析流体的运动轨迹，是否符合部分从所述溢流口排出，部分沉入所述底流口的基本规律；部分流体是否存在短路流；
④根据过滤器轴向截面上的轴向速度云图，分析轴向速度是否符合靠近壁面处趋向于所述底流口的趋势，核心附近趋向于所述溢流口的趋势；趋向于所述底流口的外旋流和趋向于所述溢流口的内旋流是否存在明显边界面即为零速包络面。
5.根据权利要求4所述的面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法，其特征在于：所述零速包络面将流体分为内、外旋流，内旋流区域基本呈倒锥形，锥底直径为所述溢流管直径的2-3倍。
6.根据权利要求5所述的面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法，其特征在于：所述步骤四结构参数优化与评价是根据流场初判对所述空气柱、短路流、负压区域和零速包络面尺寸的内部流场特性调整对应的结构参数，以实现流场特征缺陷的优化；
对于存在所述空气柱的离心过滤器，所述溢流口直径与所述底流口直径的比值 影响内部空气柱体积，在所述溢流口尺寸不变情况下，调整所述底流口尺寸改变所述溢流口直径与所述底流口直径的比值，以获得空气柱与溢流口直径比值小于 的内部空气柱体积，调整过滤水沙两相流的微灌用离心过滤器的所述溢流口直径与所述底流口直径的比值范围在1.5-1.8之间；
存在短路流的离心过滤器，内插溢流管外壁的形式和溢流管的厚度对短路流的影响较大，在保证所述溢流管内径不变的情况下，将所述内插溢流管外壁调整为渐开口锥台状，抑制所述短路流沿所述内插溢流管外壁直接进入所述溢流管中，对于所述过滤水沙两相流的微灌用离心过滤器，渐开口锥台的锥角α范围在0.01°-0.1°；
在过滤器直径确定的情况下，改变所述溢流管内径，所述零速包络面尺寸也会相应改变，过滤水沙两相流的微灌用离心过滤器调整所述溢流管内径范围在0.2-0.4D，D即为原型筒体直径；
过滤评价指标主要有水头损失ΔH和分离效率E，水头损失ΔH用入流口与溢流口压力差表征，在所述入流口和所述溢流口上均匀的选取有限个特征点，具体计算公式(3)如下：
式中：ki为所述入流口第i个特征点的静压力值；pi为所述溢流口第i个特征点的静压力值；m为所述入流口特征点的个数；n为所述溢流口特征点的个数；
分离效率用1减去溢流口沙粒相的体积分数和入流口沙粒相的体积分数比值表征，其中溢流口沙粒相的体积分数用溢流口各点沙粒相体积分数的积分得到，在所述溢流口面上均匀的选取有限个特征点，计算公式(4)为：
式中：f(x,y)为所述溢流口各点上的沙相体积分数；qi为特征点的沙相体积分数；n为特征点的个数；SD为所述溢流口面积； 为入流口沙粒相的体积分数。
7.根据权利要求6所述的面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法，其特征在于：所述步骤五采用计算流体力学获取特性参数，使用RSM模型，计算单项流下，测试离心式过滤器的流量和水头损失的关系，绘制优化后离心过滤器构型的压降曲线，然后，引入Mixture模型，加入固定级配沙相，在最优工作流量下，测试含沙浓度不同对分离效率的影响，根据数值模拟结果，确定分离效率较优时对应的水源含沙浓度范围型。
一种面向调控内部流动的离心式过滤器结构优化方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
底流口直径ds＝60mm；锥体角度θ＝20°，灌溉水源为井水，设计流量15-40m3/h，设计压力
0.15-0.35MPa。具体优化设计过程如下：
3mm,顶壁厚1mm空心锥台，渐开口锥台的锥角0.2°时，流场最稳定，旋流作用最为充分过滤效果相对最优。此时空气柱体积最小，轴向压力云图如图11。如图16所示在入流口、溢流口均匀选取9个特征点，点与点之间距离L＝21mm,特征点的压力值如图13、14，按照式3计算出优化后水头损失为5955.8Pa，相比于原结构节约能耗31.13％。内部流线场场如图12，短路流明显减少。溢流口特征点沙粒相体积分数如图15，此时离心过滤器的相对分离效率最高，经计算达到87.2％，相较于原结构提升了23.5％。
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