Effect of installing a screen filter in front of and behind a pump on filtering performance in a microirrigation system
Article title in French: Effet de l'installation d'un filtre a crible devant et derriere une pompe sur les performances de filtration dans un systeme de micro-irrigation
Funding information: We are grateful for the financial support from the Key R&D Program of Ningxia Province (2022BBF02026), the National Key R&D Program of China (2021YFE0103000) and the Key R&D Program of Shaanxi Province (2020ZDLNY01-01).
Abstract
enThe installation location (prepump and postpump) of the filter influences both the head loss and the filtering effectiveness. To understand the difference in the influence, we take the screen filter as the research object, set up two filtration methods and five fertilizer concentrations and then use computational fluid dynamics (CFD) numerical simulations and experiments to compare and analyse the head loss, intercepted volume, particle size and gradation of intercepted impurities of the filter. We also develop calculation methods for the head loss. Our study shows that (1) when the water is clear, the flow velocity in the local upstream surface of the filter under prepump filtration (PRPF) is larger and changes more dramatically. The head loss under PRPF increases by 50%–88% compared to postpump filtration (POPF). (2) When the fertilized solution is applied, more fine particles pass through the filter under PRPF compared to POPF influenced by pump suction, the maximum head loss is reduced by 15%, and the interception volume is reduced by 55%. It follows that fewer fine particles are intercepted. (3) We develop fitting equations for the two filtration methods that reflect the relationship between the head loss and two factors, the relative effective water-crossing area and the fertilizer concentrations, and R2 > 0.83. The study provides a reference for the installation and utilization of filters in microirrigation systems.
Résumé
frL'emplacement de l'installation (pré-pompe et post-pompe) du filtre influence à la fois la perte de charge et l'efficacité de la filtration. Pour comprendre la différence d'influence, nous prenons le filtre à crible comme objet de recherche, nous mettons en place deux méthodes de filtration et cinq concentrations d'engrais, puis nous utilisons des simulations numériques CFD et des expériences pour comparer et analyser la perte de charge, le volume intercepté, la taille des particules et la gradation des impuretés interceptées du filtre. Nous développons également des méthodes de calcul de la perte de charge. Notre étude montre que: (1) Lorsque l'eau est claire, la vitesse d'écoulement dans la surface locale en amont du filtre sous filtration en pré-pompe est plus importante et change de façon plus spectaculaire. La perte de charge sous filtration pré-pompe augmente de 50% à 88% par rapport à la filtration post-pompe. (2) Lorsque la solution fertilisée est appliquée, par rapport à la filtration post-pompe, influencée par l'aspiration de la pompe, plus de particules fines passent à travers le filtre sous la filtration pré-pompe, la perte de charge maximale est réduite de 15%, et le volume d'interception est réduit de 55%. Il s'ensuit que moins de particules fines sont interceptées. (3) Nous développons des équations d'ajustement pour les deux méthodes de filtration qui reflètent la relation entre la perte de charge et deux facteurs, la surface efficace relative de passage de l'eau et les concentrations d'engrais, et R2 > 0,83. L'étude fournit une référence pour l'installation et l'utilisation de filtres dans les systèmes de micro-irrigation.
CONFLICT OF INTEREST
No conflict of interest exists regarding the submission of this manuscript, and the manuscript has been approved for publication by all authors.
Open Research
DATA AVAILABILITY STATEMENT
The data that support the findings of this study are openly available in [repository name e.g “figshare”] at https://doi.org/[doi], reference number [reference number].
