长柄滤头的流体力学特性研究

长柄滤头的流体力学特性研究长柄滤头的流体力学特性研究李圭白刘俊新摘摘要：要：本文根据试验结果，运用流体力学原理，研究了不同情况下几种长柄滤头的水头损失变化情况，提出了在单独水反冲洗、单独气反冲洗和气水同时反冲洗情况下，长柄滤头的水头损失计算方法。滤池反冲洗的好坏，直接影响滤池工作的质量和经济效益。气水反冲洗方法，由于冲洗效果好，节水节能，日益得到广泛应用。长柄滤头是滤池气水反冲洗最常用的配水配气装置之一，但迄今尚无一个适用的水头损失计算方法。这是由于长柄滤头的型式和规格多种多样，并且还有单独用水反冲洗、单独用气反冲洗和气水同时反冲洗等多种工作情况，情况比较复杂。本文试图提出一个对不同型式都适用的长柄滤头水头损失计算公式。长柄滤头主要由滤帽和滤杆组成(图1)。滤帽上有许多细的缝隙，反冲洗时水和气由细缝流出，过滤时滤后水经细缝流入，并能阻止滤料流失。滤杆上部有气孔一个，下部有缝隙一条，供反冲洗时分布空气之用。图2为试验装置，长柄滤头装在有机玻璃滤柱下部的隔板上。在隔板上下各设l根测压管，以测定反冲洗时的水头损失。反冲洗水由恒位水箱供给。反冲洗空气由空压机供给。反冲洗水的流量，在滤柱上部出水管口用容积法测定。空气流量，在滤柱上部出气管上用煤气表测定。为了探求长柄滤头水头损失的规律，试验时先用滤杆进行试验，然后再装上滤帽进行整个滤头的试验。试验分单独用水反冲洗、单独用气反冲洗和气水同时反冲洗三种情况进行。1．单独用水反冲洗时长柄滤头的水头损失．单独用水反冲洗时长柄滤头的水头损失1.1塑料滤杆的水头损失塑料滤杆的水头损失为了了解影响滤杆水头损失的各种因素，选用了12种不同规格的塑料滤杆进行试验(表1)，部分结果如图3所示。图中纵轴为水头损失，横轴为水在滤杆中的流速。根据试验结果，可回归出各滤杆的水头损失计算式。http://www.chinacitywater.org中国城镇水网表1塑料滤杆的尺寸和规格塑料滤杆的尺寸和规格编号滤杆长度(mm)滤杆内径(mm)小孔直径(mm)缝隙面积(mm2)127016.52.5124227015.02.0134315015.02.056410016.02.046541020.52.090626520.52.052725521.02.562827015.000910016.000105016.0001141020.5001226520.500(1)式中：hw1—水在滤杆中的水头损失，m；λ—沿程阻力系数；ι—滤杆长，m；D—滤杆的内径，m；ξ1—滤杆两端进口和出口的局部阻力系数；ξ2—滤杆上缝隙的局部阻力系数；http://www.chinacitywater.org中国城镇水网υw1—滤杆内水的流速，m/s；g—重力加速度，m/s2根据各滤杆的计算式，可以得到式(1)中的系数值为l=0.043，x1=1.7，x2=0.0038f2(f2为滤杆上缝隙的面积，以mm2计)所以单独用水反冲洗时塑料滤杆的水头损失计算式为：(2)1.2塑料滤帽的水头损失塑料滤帽的水头损失在试验中采用了3种常用的塑料滤帽，如图4。图5为滤帽的水头损失与水在缝隙中流速的关系的试验结果。由图可见，滤帽的水头损失，只和缝隙流速有关，而与滤帽的型式无关。根据试验结果，可回归出塑料滤帽的水头损失计算式为：hw2=0.036υ2w2(3)式中：hw2--塑料滤帽的水头损失，m；vw1--水在滤帽中的缝隙流速，m／s。hw=hw1+hw2单独水反冲洗时，塑料长柄滤头的水头损失：2．单独用气反冲洗时长柄滤头的水头损失．单独用气反冲洗时长柄滤头的水头损失http://www.chinacitywater.org中国城镇水网单独用气反冲洗以前，滤柱内的水是静止的，这时1号测压管中的水位标高与2号测压管相同。当向滤柱下部送入空气，单独用气进行反冲洗，会出现1号测压管水位低于2号测压管的现象。这是由于在滤杆内有气水混合液存在，破坏了流体密度的均匀性的缘故，致使测压管水头差出现负值。这时，便不能用测压管水头差来表示滤头的水头损失厂。图6为单独用气反冲洗时的情况。当开始向滤柱下部送入空气时，空气先聚集在隔板下并形成气层，接着气层不断增厚。气层下面的水面不断下降；当水面降至滤杆上的小孔时，空气开始经小孔流入滤杆，并在小孔以上的滤杆中形成气水混合液，这时可以观察到1号测压管中的水位突然下降，两测压管的水头差出现负值，如图7所示。负值的大小约相当于滤头内空气排开的水柱高度。若空气流量较小，当流进隔板下配气室的气流量与经小孔流走的气流量相等时，水面便停止下降并稳定于一定位置，形成一个稳定的气层厚度。若空气流量很大，水面会一直下降到滤杆下部的缝隙处，这时，空气开始经缝隙流入滤杆，并在缝隙以上的滤杆中形成气水混合液，这时l号测压管中的水位又一次突然下降，使测压管水头差