بخشی از مقاله
خلاصه
محاسبه دقیق فشار مورد نیاز در ابتدای لولههای فرعی آبیاری بارانی مسئلهای مهم برای برخورداری سیستم از توزیع یکنواختی مناسب میباشد. یکی از روش های متداول تعیین فشار ورودی مورد نیاز برای لوله های فرعی آبیاری بارانی استفاده از ضریب FAVG - متوسط افت اصطکاک - می باشد. استفاده از این ضریب با وجود دقت بالایی که دارد هنوز فراگیر نشده است چرا که معادلات قبلی ارائه داده شده برای تعیین آن به صورت سری بوده و لذا استفاده از آنها وقت گیر است.
در این مطالعه، با در نظر گرفتن جریان یکنواخت و توابع تغییر دبی در طول لوله فرعی، برای اولین بار دو معادله تحلیلی ساده برای تعیین این ضریب به دست آمد. به طور کلی نتایج نشان داد که محاسبه افت اصطکاک با استفاده از روش پیشنهادی ضریب همخوانی بسیار نزدیکی با نتایج عددی حاصل از حل معادله به شکل سری دارد. معادلات ارائه داده شده در این تحقیق باید جهت محاسبه دقیق میزان فشار در ابتدای لوله های فرعی مورد استفاده محققین و طراحان سیستم های تحت فشار قرار گیرند.
1. مقدمه
لولههای فرعی - لترالها - که آب را از لوله اصلی آبرسان به سیستم آبیاری انتقال می دهند و شامل چندین خروجی میباشند به طور گستردهای در آبیاری بارانی، قطرهای و حتی سطحی مورد استفاده قرار میگیرند. تحلیل هیدرولیکی این گونه لولهها از جهت طراحی بهینه بسیار مهم میباشد. یک سیستم آبیاری با طراحی ضعیف حتی اگر خوب مدیریت شود اغلب منجر به کاهش محصول و کاهش راندمان آبیاری میشود . - 1 - لولههای فرعی جزء مهمی از یک سیستم آبیاری بارانی محسوب میشوند و طراحی صحیح آنها از لحاظ یکنواختی توزیع آب در مزرعه و راندمان آبیاری دارای اهمیت زیادی است
در یک لوله فرعی آبیاری بارانی، ارتفاع فشاری از دهانه ورودی تا انتهای لوله در اثر وجود افت اصطکاکی و دیگر افتهای جزئی به تدریج کاهش مییابد. این در حالی است که دبی هر کدام از آبپاشهای روی لوله تابعی از فشار آبپاش میباشد. جهت دستیابی به دبی ثابت برای تمامی آبپاشها استفاده از تنظیم کنندههای فشار و یا تغییر نوع آبپاشها در طول لوله تنها گزینههای ممکن به نظر میرسند اما استفاده از این راهکارها غیر عملی میباشند. بنابراین در طراحیهای رایج جهت حفظ یکنواختی توزیع، افت فشاری معادل 20 درصد فشار آبپاشی که متوسط فشار را دارد مجاز شمرده میشود .در واقع، فشار ورودی به لوله فرعی طوری محاسبه میشود که گویی کلیه آبپاشها در طول لوله دارای دبی یکسانی هستند .
دقیقترین روش محاسبه فشار ورودی به لوله فرعی استفاده از برنامههای کامپیوتری است که تا کنون توسط محققین زیادی ارائه شده است 4 - ، 5، 6، 7، 8 و . - 9 اگر چه این مدلها بسیار دقیق بوده و نتایج آنها رضایتبخش است اما استفاده از آنها نیازمند برنامه نویسی و حتی شاید زمان طولانی جهت اجرای برنامه میباشد. از این رو، استفاده از روشهای ساده و تحلیلی که در عین حال به اندازه کافی دقت داشته باشند امری لازم جهت امور مهندسی آب و آبیاری است. بدین لحاظ میتوان مشاهده کرد که ارائه روشهای تحلیلی ساده جهت محاسبات هیدرولیکی لولههای آبیاری تحت فشار و جایگزینی مدلهای کامپیوتری همواره در دستور کار محققین بوده است
معادله پیشنهاد شده توسط کلر و بلیسنر - 3 - جهت محاسبه فشار ورودی به یک لوله فرعی آبیاری بارانی افقی به صورت زیر است:
که در آن Hl فشار در دهانه ورودی لوله فرعی، Ha ارتفاع - بار - هیدرولیکی آب1 در آبپاشی است که با فشار متوسط کار میکند و Hf میزان کل افت اصطکاک در لوله است. واحدهای پارامترهای معادله 1 برحسب ارتفاع معادل آب میباشد.
اسکالوپی و آلن - 17 - معادله زیر را برای محاسبه فشار ورودی به لوله در شیبهای مختلف پیشنهاد کردند:
که در آن Hv بار سرعت، Hz تفاوت ارتفاع بین ابتدا و انتهای لوله است که برای لولههای افقی صفر در نظر گرفته میشود، و بقیه پارامترها قبلاً تعریف شدهاند. اسکالوپی و آلن - 17 - نشان دادند که در سیستم آبیاری بارانی، بار سرعت قابل صرف نظر کردن است و لذا برای شیب صفر لوله افقی، معادله 2 همان معادله 1 خواهد بود. انور - 18 - برای نخستین بار ضریب FAVG را جهت محاسبه فشار ورودی به لولههای آبیاری بارانی با سیستم ثابت و متحرک پیشنهاد کرد. هنگامی که فاصله اولین آبپاش از دهانه ورودی لوله برابر فاصله آبپاشها از یکدیگر باشد این ضریب برابر است با:
که در آن H f A V G متوسط افت اصطکاک در کل لوله است و از فرمول زیر محاسبه میگردد:
عبارت - 1-FAVG - در معادله 5 برابر ضریب K ارائه داده شده توسط ماهار و سینگ - 19 - می باشد و در طراحی ها به جهت سادگی عمل برابر 0/75 در نظر گرفته می شود. به هر ترتیب معادله مطلوب جهت تعیین ضریب FAVG به صورت زیر است :
انور - 20 - با ارائه فاکتور Fa AVG امکان محاسبه فشار ورودی به لوله هنگامی که اولین آبپاش به فاصله دلخواه از ابتدای لوله قرار گرفته است را فراهم نمود و ثابت کرد این ضریب را می توان از معادله زیر تعیین کرد:
که در آن FN ضریب افت اصطکاک کریستینسن به ازاء N خروجی و x نسبت فاصله اولین خروجی از دهانه لترال به فاصله خروجی ها از یکدیگر است که در طراحی ها عموما برابر 0/5 یا 1 در نظرگفته می شود. ضرایب تعیین شده توسط معادله 7 به ازاء هر مقدار دلخواه x با افزایش تعداد خروجی ها به سمت عدد 0/25 که توسط کلر وبلایسنر - 3 - پیشنهاد شده است نزدیک می شوند که این امر سبب شده است به جهت مشکل بودن تعیین ضریب FAVG برای مقادیر مختلف تعداد آبپاش ها همواره در طراحی ها از عدد 0/25 استفاده گردد. هدف از این تحقیق، ارائه معادله ای جدید برای محاسبه افت اصطکاک متوسط با درنظر گرفتن دو تابع تغییر دبی در حالت جریان یکنواخت، میباشد تا امکان محاسبه فشار ورودی به لترال به ازاء تعداد آبپاش مشخص به طور دقیق فراهم گردد.
2. مواد و روش ها
یک لوله فرعی - لترال - افقی را در نظر بگیرید که روی آن N آبپاش قرار گرفتهاند - شکل . - 1 توابع تغییرات دبی در حالت جریان یکنواخت در طول لترال به صورت زیر است:
که در آنها L طول کل لترال، Qin دبی کل ورودی به لوله و x نشان دهنده فاصله از انتهای لترال است به طوری که x = 0 انتهای لترال و x = L ابتدای آن را نشان می دهد.
شکل .1 نحوه توزیع فشار برای یک لترال افقی
معادله 8 ارائه داده شده توسط اسکالوپی و آلن - 17 - تعداد بی نهایت خروجی را بر روی لترال در نظر می گیرد در حالی که در معادله 9 ارائه شده توسط والیانتزاس - 21 - اثر تعداد خروجی ها نیز در نظرگرفته شده است. والیانتزاس - 21 - نشان داد که معادله 9 با دقت بالاتری تغییرات دبی را در طول لترال برای جریان یکنواخت و ادامه دار نشان می دهد
