滤层孔隙结构直接影响过滤过程中的颗粒沉积和运移效果.为了掌握砂石过滤器不同粒形滤料组成滤层的内部孔隙结构特征,该研究以粒径为1～1.18 mm的普通石英砂(QS1)、天然海砂(SS2)、改性玻璃(MG3)和玻璃微珠(GB4)4种滤料为研究对象,采用CT扫描技术对滤层孔隙模型进行了三维重构,利用VGStudio MAX、Image J等计算机图像处理软件,分析了4种滤层的孔隙率、孔径大小及孔隙形状参数,并结合分形理论确定了4种滤层孔隙结构的计盒分形维数.结果表明:4种滤层的表观孔隙率范围分别为39.7％～44.6％、38.5～42.3％、40.7％～45.6％、34.8％～38.7％,对应体积孔隙率分别为0.422、0.412、0.441、0.366;对应孔径范围分别为75～960、80～760、70～1050、85～930μm,圆度值区间分别为1.59～1.78、1.35～1.54、1.65～2.03、1.20～1.36,扁平度值区间分别为2.62～2.75、2.05～2.20、3.04～3.21、1.94～2.04,计盒维数均值分别为1.621、1.566、1.661、1.446.该研究定量表征了滤层孔隙结构特性,得出不同粒形滤料细观孔隙结构的差异:滤层表观孔隙率呈现"上高下低"分布规律,孔径分布规律表明滤层内均是小孔隙占多数,大孔隙占少数,且孔隙以狭长型为主.随着滤料棱角度增加,表观孔隙率分布越分散,体积孔隙率越大,大孔隙占比也相应增加,最大达到17.24％(MG3),孔隙形状更加偏离球形,表征孔隙结构复杂性的计盒维数相应增加,且分形维数与孔隙率呈负相关关系.滤层孔隙结构研究可为后续研究滤层内颗粒沉积和运移规律奠定基础.

微灌;CT图像;图像处理;孔隙结构;孔隙率;分形维数

蔡九茂;宋蕾;张文正;翟国亮;许强;李鹏来

中国农业科学院农田灌溉研究所/农业农村部节水灌溉工程重点实验室,新乡453002;安徽菲利特过滤系统股份有限公司,马鞍山 243071;内蒙古龙泽节水灌溉科技有限公司,赤峰 024005

农业工程学报

[1]蔡九茂;宋蕾;张文正;翟国亮;许强;李鹏来-.基于CT扫描的不同粒形滤料孔隙结构特征)[J].农业工程学报,2022(19):94-101

MG3,GB4,VGStudio

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