توسعه و ارزیابی یک روش کاربردی جهت محاسبه افت فشار در لوله‌های آبده با قطره‌چکان داخل خط

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

در این تحقیق به منظور تعیین افت‌های اصلی و جزئی و تحلیل هیدرولیکی جریان درون لوله‌های آبده قطره‌چکان‌دار در سیستم آبیاری قطره‌ای، یک روش کاربردی پیشنهاد گردیده است. در این روش، افت اصطکاکی بین قطره‌چکان‌ها و افت جزئی مربوط به قطره‌چکان‌ها با بهره‌گیری از روش گام به گام محاسبه شد و از مجموع آنها افت کل در طول لوله تعیین گردید. بمنظور تعیین افت‌های جزئی، رابطه نمائی بین دبی لوله و افت اندازه‌گیری شده مربوط به لوله‌های ساده و قطره‌چکان‌دار انتخاب‌شده به روش رگرسیون غیرخطی تعیین شد. سپس از تفاضل مقادیر افت بین نتایج این روابط در دبی‌های مختلف و اجرای رگرسیون مجدد، رابطه حاکم بین افت جزئی و دبی لوله در لوله‌های آبده مختلف تعیین شد. همچنین بمنظور تعیین افت اصطکاکی، روابط هیزن-ویلیامز و دارسی-وایسباخ بکار گرفته شد. جهت تعیین ضریب افت اصطکاکی (f) از روابط آتشول، بلاسیوس و دیاگرام مودی استفاده شد. بدین ترتیب چهار روش مختلف از ترکیب معادلات افت جزئی و اصطکاکی به‌دست آمد و با استفاده از شاخص‌های خطای نسبی، MAE و RMAE ارزیابی شد. آزمایشات بر روی سه نمونه 60 متری از لوله‌های قطره‌چکان‌دار با فواصل 20/0، 40/0 و 50/0 متر و قطر 16 میلیمتر به انضمام یک نمونه لوله ساده با قطر و طول مشابه در فشارهای 50، 100، 150 و 200 کیلوپاسکال انجام شد. نتایج اثبات کرد که رابطه تجربی پیشنهادی برای تخمین افت جزئی کارکرد قابل‌قبولی داشته است و برای محاسبه افت اصطکاکی در لوله آبده رابطه دارسی-وایسباخ مبتنی بر رابطه بلاسیوس نسبت به سایر روش‌ها دقت بیشتری داشت. بنابراین روش پیشنهادی برای محاسبه افت در لوله‌های آبده قطره‌چکان‌دار توصیه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development and Evaluation of a Practical Procedure to Pressure Losses Calculation in the Drip line Laterals

نویسندگان [English]

  • Saeid Zamani 1
  • Rouhallah FatahiNafchi 2
1 Department of Water Engineering; Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2 Department of Water Engineering; Shahrekord University, Shahrekord, Iran
چکیده [English]

In this study, a practical procedure was proposed for hydraulic analysis of flow in drip line lateral in the drip irrigation system to determine the major and minor losses of the driplines. In this method, the friction losses between the drippers and local head losses of the drippers were calculated step-by-step and the total pressure losses of the lateral were determined by summation of the head losses. To determine the minor losses of the emitters, the power relationship between the pipe discharge and the measured head losses related to simple and drip line pipes was determined by the nonlinear regression method. Then, the difference of the obtained head losses of these relationships in different discharges was calculated. Then, the power relationship between these results and discharge was determined by using nonlinear regression again. Also, Hazen–Williams equation and Darcy-Weisbach relationship used to determine the friction head losses. The friction coefficient (f) determined using Altshul, Blasius, and Moody diagram. Thus, four different methods of combining minor and friction head losses equations were obtained and evaluated using RE, MAE and RMAE indices. Experiments were conducted on three 60-meter samples of drip lines with emitter spacing of 0.20, 0.40 and 0.50 m and a simple sample with 16 mm diameter at 50, 100, 150, and 200 kPa pressures. The results indicated that the Darcy-Weisbach relationship based on the Blasius relationship was more accurate than the other methods. Also, the performance of the proposed experimental relationships were acceptable to estimate the local head losses. Therefore, the proposed method is recommended to calculate the head losses in the dripline laterals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • localized irrigation
  • Minor head losses
  • Lateral
  • Dripper
  • Darcy-Weisbach relationship
Alawee, W. H., Almolhem, Y. A., Yusuf, B., Mohammad, T. A., & Dhahad, H. A. (2020). Variation of coefficient of friction and friction head losses along a pipe with multiple outlets. Water Journal, 12(3), 844.
ASABE, EP 405.1. (1988). Design and installation of microirrigation systems (R2019). ASAE Standards, St. Joseph, 900-905.
Altshul.A.D. (1952). Obobshchonnaya zavisi-most dlyagidravlicheskovo raschota turboprovodor (Generalized formula for hydraulic analysis of pipes),Gidrotekhnicheskeye stroyitelstve, 6, 44-47.
Blasius, H. (1913). Das Ahnlichkeitsgesetz in Flussigkeiten. Verein Deutscher Ingenieure, Forschungsheft.
Colebrook, C.F. (1939). Turbulent flow in pipes with particular reference to the transition region between the smooth and rough pipe laws. Journal of the Institution of civil engineers, 11(4), 133–156.
Flores, J. H. N., Faria, L. C., Rettore Neto, O., Diotto, A. V., & Colombo, A. (2021). Methodology for determining the emitter local head loss in drip irrigation systems. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 147(1), 06020014.
Gomes, A. W. A., Frizzone, J. A., Rettore Neto, O., and Miranda, J. H. (2010). Local head losses for integrated drippers in polyethylene pipes.Engenharia Agrícola, 30 (3): 435–446.
Juana, L., Rodr ı´ guez-Sinobas, L., & Losada, A. (2002). Determining minor head losses in drip irrigation laterals. II: Experimental study and validation. Journal of irrigation and drainage engineering, 128(6), 385-396.
Keller, J., & Karmeli, D. (1974). Trickle irrigation design parameters. Transactions of the ASAE, 17(4), 678-0684.
Keller, J., & Bliesner, R. D. (1990). Sprinkle and trickle irrigation.
Melo, V. G., Araújo, A., Camargo, A. P., Melo, L. L., Frizzone, J. A., & Bombardelli, W. W. (2019). Head loss in thin-walled drip tapes with continuous labyrinth. The Scientific World Journal, 2019.
Moody, L.F. (1944). Friction factors for pipe flow. The american society of mechanical engineers, 66(8), 671–684.
Monserrat, J., Barragan, J., & Cots, L. (2018). Design of paired laterals on uniformly sloping fields. Journal of Irrigation and Drainage, 144, 04018008.
Nikuradse, J. (1933). Strömungsgesetze in rauhenRohren. VDI-Verlag, Berlin.
Sobenko, L. R., Bombardelli, W. W. Á., Pires de Camargo, A., Frizzone, J. A., & Duarte, S. N. (2020). Minor losses through start connectors in micro irrigation laterals: Dimensional analysis and artificial neural networks approaches. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 146(5), 04020005.
Provenzano, G., Dio, P. D., & Salvador, G. P. (2007). New computational fluid dynamic procedure to estimate friction and local losses in coextruded drip laterals. Journal of irrigation and drainage engineering, 133(6), 520-527.
Sadraddini, A. A., Delirhasannia, R., Faalian, A., Sayyadi, H., & Fakheri Fard, A. (2009). Barb Losses of four common types of on-Line trickle irrigation drippers in Iran. Water and Soil Science, 19(1), 39-48. (In Farsi)
Von Bernuth, R. D. (1990). Simple and accurate friction loss equation for plastic pipe. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 116(2), 294-298.
Wang, Y., Zhu, D., Zhang, L., & Zhu, S. (2018). Simulation of Local Head Loss in Trickle Lateral Lines Equipped with In‐line Emitters Based on Dimensional Analysis. Irrigation and Drainage, 67(4), 572-581.
Weisbach, J. (1855). Die Experimental-Hydraulik. Engelehardt, Freiburg.
Wang, J., Yang, T., Wei, T., Chen, R., & Yuan, S. (2020). Experimental determination of local head loss of non-coaxial emitters in thin-wall lay-flat polyethylene pipes. Biosystems Engineering Journal, 190, 71-86.
Williams, G.S. and Hazen, A. (1933). Hydraulic tables (3rd Ed). John Wiley & Sons nc., USA.
Willmut, C.J., (1982). Some comments on the evaluation of model performance. Bull. Am. Meteorol. Soc. 63 (11), 1309–1313.
Zamani, S. and Fatahi Nafchi, R. (2019). Performance evaluation and determination of the best pressure range to ideal performance for four common emitters in micro irrigation system. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 5(13), 1182-1190. (In Farsi)