形状系数表征石英砂颗粒与理想球体的差异程度,是影响砂滤层过滤水头损失和孔隙率的重要参数.为了对砂颗粒的形状特征进行准确描述,本文采用体积和砂颗粒相同的圆球外表面积与砂颗粒外表面积之比作为砂颗粒的形状系数,以粒径范围分别为1.18～1.4 mm和1.4～1.7 mm,厚度为400 mm的2种石英砂滤层为研究对象.首先,通过开展清水过滤试验,测量了滤层过滤速度及相应压降,采用注水法测量了滤层孔隙率,根据砂颗粒平均质量,计算了砂颗粒等体积当量直径.然后,根据多孔介质中液相动量方程,结合砂滤层过滤特征,对Ergun方程进行了推导,从理论上说明了Ergun方程对砂滤层的适用性.最后,根据Ergun方程,得出了砂颗粒等比外表面积当量直径,为了消除湍流对测量结果的影响,采用湍流强度对计算结果进行修正,最终得到2种滤层砂颗粒形状系数分别为0.821和0.798,最大相对误差仅为2.44％,说明计算方法可行.计算结果表明,由于砂颗粒表面流动滞缓边界层的存在,随过滤速度的增加,等比外表面积当量直径计算结果呈减小趋势.同时,随过滤速度的增加,湍流稳定性逐渐增强,湍流强度则随之减小.为保证形状系数计算结果的准确性,清水过滤试验时,过滤速度的选取,应以湍流强度不低于10％为控制范围.研究结论为砂滤料的选型和加工提供了技术参考.
微灌 砂过滤器 石英砂滤层 阻力压降 形状系数 过滤速度 多孔介质 Ergun方程