手摇清洗网式过滤器内部流场的数值模拟与性能试验验证

杜思琦，黄修桥，李浩，李盛宝，李瑞，李辉，韩启彪

手摇清洗网式过滤器内部流场的数值模拟与性能试验验证

杜思琦1,2，黄修桥1，李浩1，李盛宝1，李瑞1，李辉1，韩启彪1*

（1.中国农业科学院 农田灌溉研究所/河南省节水农业重点实验室/农业农村部节水灌溉工程重点实验室，河南 新乡 453002；2.中国农业科学院 研究生院，北京 100081）

【目的】探讨手摇清洗网式过滤器内部流场特性。【方法】以120目手摇清洗网式过滤器为研究对象，借助Solidworks流体分析模块Flow Simulation模拟过滤器内部流动特征，通过不同流量下的能量性能试验验证了数值模拟的可靠性，分析了手摇清洗网式过滤器内部水流的速度场、压强场和湍动能场，探讨了手摇清洗网式过滤器内部结构对水流特性的影响。【结果】流量越大，过滤器内部流速、湍动能等越大，水头损失越大。滤网靠近出水口区域的上半部分是主要的过滤区域，该区域受吸嘴的阻力影响，水流速度快、湍流剧烈、受力大。【结论】流量影响过滤器内部水流流速和压强的大小及其变化梯度，但不影响水流方向及流速和压强的变化趋势。过滤时，将靠近出水口一侧的最后一个吸嘴摇至滤网最下部，使得该侧的吸嘴整体位置靠下，可减少吸嘴对水流水力特性的影响。

微灌；手摇清洗网式过滤器；数值模拟

0 引言

【研究意义】过滤器是灌溉系统关键装置之一，对灌溉系统尤其是微灌系统的安全运行有重要作用[1-2]。网式过滤器是目前应用最广泛的过滤装置之一[3-4]，具有操作简单、价格低廉等优点。网式过滤器的内部结构和内部流动特性对过滤器水头损失等水力性能有重要影响。【研究进展】近年来，计算流体力学（CFD）在微灌过滤器研究中的应用越来越多[5-7]，许多学者运用该技术对网式过滤器内部流场分布特征开展研究[8-9]。李浩等[10]和陶洪飞等[11]在分析比较CFD不同湍流模型的基础上，发现滤网内外流速分布不均，出水管与过滤器筒体衔接处会形成一个紊乱区，进而增加了水头损失。喻黎明等[12]基于CFD-DEM耦合技术对网式过滤器内沙粒运动轨迹进行了研究，认为滤网内部水流流态与沙颗粒粒径影响沙粒在滤网上的沉积位置和堵塞程度，建议增大进口侧上端的过水面积，降低进口流速，使颗粒均匀分布，进而提高过滤效率。周理强等[13]对比了Y型网式过滤器分别在有、无导流片时内部水流和沙粒运动，认为导流片引起了过滤器更大的水头损失，但减少了滤网上泥沙的沉积现象。手摇清洗网式过滤器主要依靠滤网对水中颗粒杂质的机械筛分作用来实现灌溉水净化，是一种新型的半自动清洗网式过滤器，具有能耗小、清洗时过滤工作不停止等优点，近年来在微灌系统上应用广泛。【切入点】目前针对该过滤器的研究较少，其内部流动状态尚不明确。【拟解决的关键问题】为此，基于数值模拟技术对不同流量条件下手摇清洗过滤器的内部水流流动特性展开研究，探讨其结构对过滤器内部流场的影响，以期进一步丰富手摇清洗网式过滤器的研究内容，为该类型过滤器的高效运行和结构优化提供一定的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 三维建模与网格划分

以AZUD Spiral Clean 2N手摇清洗网式过滤器为样本（AZUD公司生产，120目），结构示意图如图1（a）所示（1.进水口；2.旋转手柄；3.出水口；4.吸嘴；5.排污口；6.过滤器筒身；7.不锈钢滤网），应用Pro/E三维建模软件进行1∶1建模，如图1（b）所示。滤网内径为105 mm，高度为495 mm，过滤器进、出水口内径为75 mm。将建立的模型导入Solidworks软件，在Flow Simulation模块中生成自动化网格，如图1（c）所示，为避免滤网结构较薄导致求解出现偏差，在滤网部分提高了网格等级，总网格数量为8 879 101。

1.2 模型参数

利用Solidworks Flow Simulation开展数值模拟研究，选取标准-湍流模型和多孔介质模型，孔隙率实测值0.25，水流渗透特性设置为各向同性，阻力计算式选择参考孔径大小相关性，孔径大小设为1.25×10-4m；过滤器入口边界设置为速度进口，并设置进口处水流方向与X轴正方向（进水口至出水口方向）一致，流速分布均匀，流速为实测进水口流量与进水口垂直断面面积的比值；过滤器出口设置为压力出口边界条件，压力值由试验测得，模拟压强与实测压强均为静压，进口流速和出口压强设置见表1；进口、出口管道内壁及过滤器壳体设置为标准壁面边界，默认满足无滑移条件。

表1 手摇清洗网式过滤器不同流量下的进、出口边界条件

本研究主要模拟进口流量20、25、30、35、40、45 m3/h和50 m3/h共7种不同工况下的过滤器内部水流流动特征。同时，设置对比试验，通过对比过滤器水头损失模拟值与实测值的偏差来验证模型的可靠性和精确度。若模拟值与实测值的相对误差大于10%，则重新调整参数进行求解。

1.3 对比试验

试验在中国农业科学院农田灌溉研究所水利部节水灌溉设备质量检测中心进行。试验装置如图2所示（1.蓄水池；2.潜水泵；3.数字显示控制仪；4.排污阀门；5.手摇清洗网式过滤器；6、9、10、11.闸阀；7.压力变送器；8.涡轮流量计），以蓄水池（2.4 m×1.2 m×1.2 m）中储存的地下水为水源，使用潜水泵提供试验所需的压力和流量，试验时，潜水泵开启，输送蓄水池中清水进入试验管道系统，调节管道上的阀门直至获得所需流量，待系统稳定后，使用涡轮流量计（LWGY-80，量程16～100 m3/h）获取管道流量，通过压力变送器（量程0～0.4 MPa，精度0.50%）获取过滤器前后的压力，进而计算水头损失。

图2 手摇清洗网式过滤器试验装置

2 结果与分析

2.1 模型验证

通过CFD模拟和对比试验，得到了手摇清洗网式过滤器水头损失的实测值和模拟值，如表2所示。从表2可以看出，模拟结果总体较好，与实测值相比，不同工况下最大相对误差不到8%，说明模型具有一定的可靠性。

表2 水头损失实测与模拟结果对比

2.2 内部流场分析

滤网是过滤器水头损失主要源项，为准确分析滤网内部不同位置的水流特性，选取模型正剖面44个点位，如图3所示，通过模拟计算这44个点位的流速及压强并开展分析。沿进水管、出水管方向（X轴方向）选取4列，分别位于滤网左侧外部、左侧内部、右侧内部和右侧外部附近，沿筒身方向（Y轴方向）选取11行，11个点等距分布并从上至下命名序号1～11。在正剖面上，右侧4个吸嘴将滤网右侧分成4个区域，从上至下分别为右Ⅰ、右Ⅱ、右Ⅲ和右Ⅳ，左侧4个吸嘴将滤网左侧分为5个区域，从上至下分别为左Ⅰ、左Ⅱ、左Ⅲ、左Ⅳ和左Ⅴ。此外，选取3个流量（即1=25、2=35、3=45 m3/h）流量分析比较流量对过滤器内部流态的影响。

2.2.1 速度场分析

表3和图4为44个点位的流速计算结果，可以看出，滤网外部的流速变化较平稳，其次是左侧内部，右侧内部变化则较剧烈。不同流量下，不同点位流速的变化趋势基本一致，但同一点位的流速随流量的增大而增加，如右侧内部1号点在流量为25、35、45 m3/h时的流速分别为0.92、1.34、1.89 m/s。可见，进口流量的大小会影响过滤器内部水流流速及其变化梯度，但不会过多影响水流方向及变化趋势。

图3 模型中监测点的选取及区域的划分

表3 不同流量下各监测点的流速模拟值

图5为3个流量工况下过滤器正剖面流速分布云图，水从进水口进入过滤器滤网内部，总体上每个方向水流流速都在减小。但穿过滤网后，水流由过滤器内流向出水口，由于过流断面变小，水流加速流向出水口，越靠近出水口的流速越大。结合图4可知，滤网外侧相同高度的点位，水流穿过滤网后流速均保持在0.1 m/s左右，流速变化不大，但滤网右侧离出水口近，因此，滤网右侧外部的流速增量梯度更大。

图4 不同流量下选取点的流速

图5 不同流量下的过滤器内部正剖面速度云图

由于手摇清洗过滤器内置有旋转手柄和吸嘴等，使得滤网内部流速变化更加复杂。在滤网右侧内部，4个区域（右Ⅰ—右Ⅳ）的平均流速从上至下依次递减，如图4中右Ⅰ的2号点和3号点流速大于右Ⅱ的4号点和5号点；但不同区域内的流速变化规律与整个滤网右侧内部有所不同，水流绕过吸嘴后的流速很小，随后呈先增后减的趋势，如图4中右Ⅱ的5号点流速大于4号点，但右Ⅲ的8号点流速小于7号点，由图5可知，每个小区域的最大流速出现在中间区域。而在滤网左侧，下部4个区域（左Ⅱ—左Ⅴ）的平均流速沿筒身方向从下至上减小，这是因为这4个区域的水流有从滤网右侧下部旋转回流而来，左Ⅱ流速最小；左Ⅰ中的水有部分来自进水口，这部分水在旋转手柄的阻力下以较大流速进入左Ⅰ，随后流速不断减小。对比图5（a）—图5（c）发现，流量越大，每个区域的总体流速变大，变化梯度也变大，这使得水头损失也越大。

滤网内部8个吸嘴因位置不同对水流影响有差异。总体而言，右侧上部2个吸嘴对水流影响更大，这是因为右Ⅰ和右Ⅱ的流速大。图6为流量25 m3/h时的滤网右侧上部第1个吸嘴附近的流速云图，可以看出，靠近吸嘴时，水流流速以较大的梯度增加，到达吸嘴口上端时流速最大，水流以此速度绕过整个吸嘴口，随后减速进入下一个区域。此外，图6中靠近滤网的流速更小，表明水流穿过网孔时会先减速进入到网孔，在网孔中加速，穿过网孔后流速瞬间降至最低，随后加速流向出水管。

图6 吸嘴处的速度云图

图7为过滤器侧剖面的速度云图，在没有吸嘴影响下，旋转手柄两侧的流速对称分布；过滤器上部的流速较大，进入滤网后，流速逐渐减小；在滤网上部，流速越靠近滤网越大，这可能是因为上部流速大，受吸嘴影响较大。

图7 不同流量下的过滤器内部侧剖面速度云图

分析滤网上部的横剖面速度云图（图8），可以看出，在滤网内部，越靠近出水口一侧的流速越大；流量越大，大流速的区域面积越大，如图8（c）中流速大于2 m/s的区域近3/4；滤网外侧的最内圈流速接近0 m/s，表明水流受滤网阻力影响，穿过滤网后流速降至最低；此外，靠近出水口一侧的流速增加更快，这与之前分析的结论一致。

图8 不同流量下的过滤器内部横剖面速度云图

2.2.2 压强场分析

图9为选取点位的压强图，图中不同流量下不同点位的变化趋势一致，但同一高度下滤网内外侧的压差随着流量的增大逐渐增加，如滤网右侧内外部1号点压差在流量为25、35、45 m3/h时分别为2.2、3.9、6.1 kPa，这说明流量会对过滤器内部某一区域的压强大小及其变化梯度产生影响，但不影响该区域的压强变化趋势。对比同一侧的内外部相同高度的点发现，滤网7号点以下的两侧压差基本一致，1～6号点右侧内外压差变化比左侧较大，总体上滤网上部压差大且变化程度大，下部压差较稳定。

表4 不同流量下监测点的压强模拟值

图9 不同流量下选取点的压强

图10为不同流量下正剖面压强图。无论是滤网内侧还是外侧，压强从上至下依次增大，整个过滤器压强最大的区域在进水口，其次就是过滤器下部。由吸嘴划分的小区域内部压强呈阶梯状增大，且流量越大，压强增大的越快，但滤网右Ⅰ区域的压强变化特征稍有不同，此区域的压强越靠近滤网越大，与滤网右侧外部的低压形成很大的压差，因此这部分滤网受力最大。此外，滤网右侧上部的2个吸嘴对压强的影响非常明显，吸嘴上端附近的压强迅速减小，如图10中滤网右侧内部6号点位于吸嘴附近，它的压强较小，但滤网右侧最下部和左侧的吸嘴对压强的影响不大，这可能是因为这些区域的过流量不大。

图10 不同流量下的过滤器内部正剖面压强云图

图11为不同流量下过滤器侧剖面压强图。在没有吸嘴的影响下，过滤器内部压强在旋转手柄两侧对称，总体上过滤器上部的压强大，水流进入滤网时，压强减小，随后沿筒身方向增加，滤网内部压强最大的区域在下部，滤网外部的压强也是从上至下不断增加。图12为过滤器横剖面压强图，可以看出，滤网内部越靠近出水口压强越大，但滤网外部越靠近出水口压强越小，因此越靠近出水口的滤网内外压差最大，受力最大。

结合3个剖面的压强图，流量越大，其内部压强变化梯度会更大，如图12（a）—图12（c）右Ⅱ区域，图12（c）的压强最大且增速最快，图11和图12展示的规律也是如此。

2.2.3 湍动能分析

湍动能大表明湍流程度剧烈。图13为正剖面湍动能分布图，进水口处的水流湍动能不大，这是因为在模拟时认为水流均匀出流，但在旋转手柄阻力下，水流特性发生改变，湍动能增大；水流进入滤网内部后，右Ⅰ、右Ⅱ、右Ⅲ及左Ⅰ的湍流剧烈，右侧区域湍流程度从上至下逐渐减小，前3个区域越靠近滤网湍动能越大，这是因为滤网对水流的阻力作用引发了强烈的湍流，而左Ⅰ则是受吸嘴的阻力影响，靠近旋转手柄的湍动能更大；其他区域的过水量相对更小，流速也小，没有强烈的湍流运动。水流流出滤网后，湍动能降至最低，流至出水口，湍动能迅速增加。

图11 不同流量下的过滤器内部侧剖面压强云图

图12 不同流量下的过滤器内部横剖面压强云图

图13 不同流量下的过滤器内部正剖面湍动能云图

图14 不同流量下的过滤器内部侧剖面湍动能云图

图14为侧剖面湍动能分布云图，过滤器上部的湍动能大，进入滤网后，湍动能沿筒身方向从上至下逐渐减小；结合图13可知，流量越大，过滤器内部同一区域的湍动能越大，湍流运动更强烈。由横剖面湍动能分布云图15知，在滤网同一高度上，滤网内部最内圈的湍动能最大，滤网外侧湍动能最小，即水流穿过滤网后，水流运动不再剧烈。

综上分析，认为滤网靠近出水口区域的上半部分，水流速度快、湍流剧烈、受力大，同时吸嘴对过滤器水流流体特性影响很大，是造成滤网受力不均的主要原因。建议在过滤时，摇动旋转手柄使得靠近出水口一侧的吸嘴尽量位于滤网下部，减少吸嘴的影响。

图15 不同流量下的过滤器内部横剖面湍动能云图

3 讨论

网式过滤器操作简单、价格低廉，在微灌系统中常作为二级过滤装置使用，为克服滤网清洗不便等缺陷，研究者们围绕过滤器的自清洗功能开展了较多研究[14]，手摇清洗网式过滤器即是一种新型的半自动清洗网式过滤器，近年来在小型微灌系统中应用越来越多。本研究表明，手摇清洗网式过滤器进口流量越大，水头损失越大，进口流量是水头损失的主要影响因素，这与其他网式过滤器一致[10,15]，一般认为，水头损失与流量的二次方呈线性关系。同时，综合陶洪飞等[8]、李浩等[10]研究，认为标准-湍流模型和Realizable-湍流模型可能更适合于微灌网式过滤器的数值模拟，在本研究中，选取了标准-湍流模型，与实测值相比，不同工况下最大相对误差不到8%，也说明了这一点，但阿力甫江·阿不里米提等[9]在开展鱼雷网式过滤器流场模拟时使用了RNG-湍流模型，也有不错的效果。就流场模拟结果看，本研究认为，过滤器滤网内部比滤网外部流速要大，且变化剧烈；过滤器上部（前端）流速较大，下部（尾端）流速较低；滤网上部，尤其是靠近出水口区域的上半部分，水流速度快、湍流剧烈、受力大，这与前人研究结果一致，陶洪飞等[8]针对直冲洗网式过滤器的流场模拟也显示，在过滤器尾部会形成低流速区。喻黎明等[16]针对不同工况下Y型网式过滤器流场的模拟结果也显示，在过滤器的堵头部分存在低流速区域，在靠近出口的地方存在加速区。堵头处压力较大，而水头损失主要集中在出口侧上端滤网。由于手摇清洗网式过滤器在滤网内部置有吸嘴等，本研究显示吸嘴对过滤器内部流体流动特性有影响，有可能会造成滤网受力不均，尤其是出水口等流速较大区域。

4 结论

1）流量会影响过滤器内部水流流速、压强大小及其变化梯度，但不会影响水流方向及流速和压强的变化趋势。流量越大，过滤器内部流速、湍动能等越大，水头损失越大。

2）手摇清洗网式过滤器的吸嘴会影响其周边区域的水流流速，总体上过滤器内部水流速度在其流动轨迹上不断减小，穿过滤网后又逐渐增大流向出水口，并以较大的速度流出过滤器。

3）滤网右侧上部的内外压差最大，受力最大。过滤器内部湍动能较大的区域包括过滤器上部，滤网右Ⅰ、右Ⅱ、右Ⅲ、左Ⅰ区域以及出水口等。

4）滤网靠近出水口区域的上半部分，水流速度快、湍流剧烈、受力大，建议在过滤时，摇动旋转手柄使得靠近出水口一侧的吸嘴尽量位于滤网下部，减少吸嘴对水流水力特性的影响。

[1] 张文正, 翟国亮, 吕谋超, 等. 微灌条件下三种过滤器过滤效果试验研究[J]. 灌溉排水学报, 2017, 36(4): 88-93.

ZHANG Wenzheng, ZHAI Guoliang, LYU Mouchao, et al. Experimental study on the efficacy of sand filter, screen filter and disc filter for removing silts from the Yellow River water for micro-irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2017, 36(4): 88-93.

[2] 徐茂云. 微灌系统过滤器性能的试验研究[J]. 水利学报, 1995, 26(11): 84-89.

XU Maoyun. Test on hydraulic performance of filters[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 1995, 26(11): 84-89.

[3] DURAN-ROS M, PUIG-BARGUÉS J, ARBAT G, et al. Performance and backwashing efficiency of disc and screen filters in microirrigation systems[J]. Biosystems Engineering, 2009, 103(1): 35-42.

[4] 王新坤, 许颖, 涂琴. 微灌系统过滤装置优化选型与配置[J]. 农业工程学报, 2011, 27(10): 160-163.

WANG Xinkun, XU Ying, TU Qin. Optimal selection and collocation of filter units in micro-irrigation system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011, 27(10): 160-163.

[5] MESQUITA M, DE DEUS F P, TESTEZLAF R, et al. Design and hydrodynamic performance testing of a new pressure sand filter diffuser plate using numerical simulation[J]. Biosystems Engineering, 2019, 183: 58-69.

[6] MESQUITA Marcio, DE DEUS Fabio Ponciano, TESTEZLAF Roberto, et al. Characterization of flow lines generated by pressurized sand filter underdrains[J]. Chemical Engineering Transactions, 2017, 58: 715-720.

[7] BOVÉ J, PUIG-BARGUÉS J, ARBAT G, et al. Development of a new underdrain for improving the efficiency of microirrigation sand media filters[J]. Agricultural Water Management, 2017, 179: 296-305.

[8] 陶洪飞, 滕晓静, 马英杰, 等. 直冲洗网式过滤器的流场模拟及结构优化[J]. 水电能源科学, 2017, 35(8): 98-102.

TAO Hongfei, TENG Xiaojing, MA Yingjie, et al. Numerical simulation and structural optimization of direct-washing screen filter[J]. Water Resources and Power, 2017, 35(8): 98-102.

[9] 阿力甫江·阿不里米提, 虎胆·吐马尔白, 木拉提·玉赛音, 等. 微灌鱼雷网式过滤器全流场数值模拟[J]. 农业工程学报, 2017, 33(3): 107-112.

ALIFUJIANG·Abulimiti, HUDAN·Tumaerbai, MULATI·Yusaiyin, et al. Numerical simulation on flow field of screen filter with torpedo in micro-irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(3): 107-112.

[10] 李浩, 韩启彪, 黄修桥, 等. 基于多孔介质模型下微灌网式过滤器CFD湍流模型选择及流场分析[J]. 灌溉排水学报, 2016, 35(4): 14-19.

LI Hao, HAN Qibiao, HUANG Xiuqiao, et al. Turbulence model selection and flow field analysis of the micro irrigation screen filter based on porous medium using CFD[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2016, 35(4): 14-19.

[11] 陶洪飞, 朱玲玲, 马英杰, 等. 滤网孔径对网式过滤器内部流场的影响[J]. 灌溉排水学报, 2017, 36(12): 68-74.

TAO Hongfei, ZHU Lingling, MA Yingjie, et al. The effect of screen aperture on internal flow field in automatic screen filter[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2017, 36(12): 68-74.

[12] 喻黎明, 徐洲, 杨具瑞, 等. 基于CFD-DEM耦合的网式过滤器水沙运动数值模拟[J]. 农业机械学报, 2018, 49(3): 303-308.

YU Liming, XU Zhou, YANG Jurui, et al. Numerical simulation of water and sediment movement in screen filter based on coupled CFD-DEM[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(3): 303-308.

[13] 周理强, 韩栋, 喻黎明, 等. 导流片对Y型网式过滤器性能的影响[J]. 农业工程学报, 2020, 36(12): 40-46.

ZHOU Liqiang, HAN Dong, YU Liming, et al. Effects of guide vanes on performance of Y-screen filter[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2020, 36(12): 40-46.

[14] 宗全利, 刘焕芳, 郑铁刚, 等. 微灌用网式新型自清洗过滤器的设计与试验研究[J]. 灌溉排水学报, 2010, 29(1): 78-82.

ZONG Quanli, LIU Huanfang, ZHENG Tiegang, et al. The design and experimental study on new net self cleaning filter for micro-irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2010, 29(1): 78-82.

[15] 刘贞姬, 石凯, 李曼, 等. 立式与卧式自清洗网式过滤器水头损失试验研究[J]. 灌溉排水学报, 2019, 38(12): 44-50.

LIU Zhenji, SHI Kai, LI Man, et al. Experimental study on head loss of vertical and horizontal self-cleaning mesh filter[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(12): 44-50.

[16] 喻黎明, 刘凯硕, 韩栋, 等. 不同工况下Y型网式过滤器流场数值模拟分析[J]. 农业机械学报, 2022, 53(2): 346-354.

YU Liming, LIU Kaishuo, HAN Dong, et al. Numerical simulation analysis of flow field of Y-screen filter under different working conditions[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2022, 53(2): 346-354.

Numerical Simulation and Experimental Study of Water Flow in Manually-operated Cleaning Screen Filter

DU Siqi1,2, HUANG Xiuqiao1, LI Hao1, LI Shengbao1, LI Rui1, LI Hui1, HAN Qibiao1*

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Water-saving Agriculture of Henan Province/Key Laboratory of Water-saving Irrigation Engineering, Ministry of Agriculture, Xinxiang 453002, China;2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

【Objective】Manually operated screen filter is a water cleaning device used in irrigation. The purpose of this paper is to propose and validate a numerical model to simulate water flow in the device.【Method】 The 120 mesh hand-operated cleaning screen filter produced by AZUD was used in this study; water flow in the filter was simulated using the Flow Simulation of Solid works. The accuracy of the simulation was verified against measured head loss from the experiment. We also analyzed the velocity field, pressure field and turbulent kinetic energy of water flow in the device. 【Result】Water flow velocity, turbulent kinetic energy and water head loss all increase with the flow rate. Sediments are filtered mainly in the upper part proximal to the outlet area of the screen, where water flows fast, turbulent flow is severe, stress is strong, and the influence of the nozzle resistance is great.【Conclusion】The flow rate affects water flow velocity and water pressure in a certain area of the filter, but not the flow direction. The nozzles on the side near the outlet should be rolled to the bottom of the filter to reduce their influence on hydraulic characteristics of water flow.

micro-irrigation; the hand-operated cleaning screen filter; numerical simulation

杜思琦, 黄修桥, 李浩, 等. 手摇清洗网式过滤器内部流场的数值模拟与性能试验验证[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(11): 59-67.

DU Siqi, HUANG Xiuqiao, LI Hao, et al. Numerical Simulation and Experimental Study of Water Flow in Manually-operated Cleaning Screen Filter[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(11): 59-67.

1672 - 3317（2022）11 - 0059 - 09

S275.6

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021343

2021-08-03

中国农业科学院农业科技创新工程项目（ASTIP202102）；河南省科技攻关项目（202102110279，202102110277）；中国农业科学院基本科研业务费专项院级统筹项目（Y2021YJ07，Y2022XK12）

杜思琦（1996-），女。硕士研究生，主要从事节水灌溉技术与设备方面的研究。E-mail: dusiqicaas@126.com

韩启彪（1984-），男。副研究员，主要从事节水灌溉技术与设备方面的研究。E-mail: hanqibiao@caas.cn

责任编辑：白芳芳