 我国分析沟槽过滤器结构及自清洗原理
沟槽过滤器运行时罐体封闭，其内部水流结构及特性尚不能通过物理试验做深入研究，同时白清洗系统水力性能复杂，仅通过简单的物理试验很难揭露其水流特性，同时传统物理实验研究也不能直观的看到过滤器内流体流动状况，不能发现沟槽过滤器内部滤网堵塞不均匀、清洗不彻底等原因；过滤器应用一段时问后，滤网下部总会有部分泥沙不能被清洗干净，而且下部滤网总是比上部滤网容易破坏，这些现象很难通过物理试验找到原因。随着计算机数值计算的快速发展，复杂水流现象的精细模拟成为现实，进而研究内部水流现象及流场结构，同时由于动网格技术可以模拟流场形状随时问变化情况，并模拟机械内部更真实的流场，使得过滤器白清洗系统的模拟也成为可能。动网格技术被广泛应用于匕机机翼外流场、发动机内流场和机械密封等的数值模拟中，但未见在网式过滤器白清洗系统中得到应用；土栋蕾等。运用Fluent对白清洗网式过滤器白清洗结构进行了流场模拟分析，但由于未应用动网格技术，与白清洗系统实际工作状态差别较大。
微灌系统中灌水器出水孔一般都比较小，要求微灌用水中污物和杂质不能造成灌水器堵塞，而沟槽Y型过滤器是保证灌水器不被堵塞的关键技术设备，沟槽过滤器结构简单，小巧轻便，过滤效率高，价格低廉，是微灌工程应用最为广泛的一种过滤装置，结构和尺寸等因素决定了网式过滤器的出流稳定、水头损失等水力性能，水力性能的优劣对微灌系统的造价、能耗、灌水质量及使用寿命等具有重要作用。国外关于过滤器水力性能研究的论文极为少见，国内许多学者利用试验对微灌过滤器水力性能进行了研究，并在过滤结构、设计理论、过滤自动化等方面取得了诸多成果，但是采用计算流体力学软件模拟研究内部流场分布和优化的论文极少见。
沟槽过滤器结构及自清洗原理：
粗过滤网，然后经细过滤网进口3进入二级过滤室，最后由侧面出水管5流出。白清洗过程：当泥沙积聚在细滤网内表面便会在滤网内外表面形成压差，压差达到预定值时，由控制器打开电动排污阀门，同时关闭出水管5阀门。这样过滤器内部水压与外部大气之问形成的压差会使侧面开孔的吸管12产生强劲吸力；进入吸管的泥沙，通过与吸管连接的排沙管11经驱动管10由排污管7排出。3条横吸管白上而下交错1200分布在3个层面，每根横吸管外端放置1个侧面开缝的吸口，3个吸口白上而下沿圆周均匀分布，总长度与细滤网高度相等，以期能够对整个滤网内表面进行整体扫描，全面吸取滤网内侧泥沙。水流由驱动管流出时会带动整个吸管转动，从而将该范围内滤网内表面的泥沙吸进并排出。当滤网内外压差低于设定值时，白动清洗完成，控制器关闭排污阀，同时完全打开出水阀，白动吸附系统停止旋转，转入正常过滤状态。
沟槽过滤器水流由进水管进入罐体，经细过滤网进口，绕过白清洗系统经过细过滤网由出水管流出，或经过白清洗系统由排污管流出。计算内容包括过滤器过滤过程和白清洗过程，计算区域包含2个过程在内的全流场区域。计算区域采用非结构化四面体网格，复杂结构采用分块网格划分，各区域进行了合理的合并处理，并在局部区域如分流口、白清洗系统壁面等流动复杂区域进行了网格加密，模型总体网格数达5万左右。
沟槽过滤器过滤过程和白清洗过程分别进行了全流场数值模拟，主要结论如下：
1、过滤过程中，对过滤器内部流场进行了模拟。在过滤器工作过程中，沿罐体径向方向，速度分布总体呈下降趋势，在一级过滤室处，水流速度迅速降低，流速由进口的2.6-3.0m/s降为1.4-1.8m/s；平均压力进口处最大，水流经过一级过滤室后压力减小25%左右，进入二级过滤室后减小80%左右，一级过滤室内部压力值明显高于二级过滤室；过滤室内压力分布变化均匀，而罐体内流速和紊动能分布极不均匀，造成水流掺混不均匀，从而整个滤网堵塞不均匀，对后续滤网的白清洗产生重要影响；可以看出过滤器进出口设计会导致整个滤网堵塞不均匀，可以考虑设计多个直径较小的滤网同时过滤等措施对过滤器进出口结构进行改进。
2、运用动网格技术，对白清洗过程进行了数值模拟。结果表明，白清洗系统吸口处会产生巨大的吸力，从而可以保证网面上的泥沙能够得到清洗，但不同位置吸口的流速、平均压力和紊动能差别较大。最大出流速度发生在上面吸口，最小流速发生在下面吸口，最大速度差达到8.5m/s，造成下部滤网清洗不干净，上部滤网在较大吸力作用下容易损坏；吸口附近压力梯度较大，吸口内外压差最大可达1.1MPa；中问吸口处压强最大，上面吸口处压强最小，这种差异会导致细滤网不同高程处清洗效果不同；下面吸口附近紊动能平均值最大，上面吸口出现了局部高紊动能区域；白清洗系统中吸管的布置沿轴向不能均匀分布，可以考虑在过滤器底部调整吸管的位置，增加吸管数量，以缓解下部吸管吸力不足，从而提高下部泥沙的排出效果等。
沟槽过滤器的过滤材料、外形尺寸、通风量一定时，增加Y型过滤器的滤料面积可以降低空气穿过过滤材料的速度，会降低滤料阻力。同时，增加滤料面积时所采取的措施，常常会导致结构阻力的升高，综合作用的结果就是存在最佳的结构参数，使过滤器的总阻力最低，现有的理论无法得出准确的结构参数，使高效空气过滤器的阻力降至最低，因此，通过实验研究。优化阻力最低时高效空气过滤器的结构参数，可以指导过滤器的生产和开发，从过滤材料的褶间距、褶深度、褶形状三个方面来研究过滤器的结构与阻力的关系。在过滤器结构阻力方面，相关的理论研究较少。结构阻力分为两部分，一部分是空气流进、流出过滤器时，由于通风面积发生突变而产生的能量损失；一部分是空气在过滤器内流动时受到过滤材料、分隔物阻挡、摩擦而产生的能量损失，通过研究空气在过滤器气流通道内的流动情况，可以计算结构阻力。
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