شبیه‌سازی هیدرولیکی جریان در مانیفلدهای آبیاری قطره‌ای با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 دانش‌آموخته مقطع دکتری گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

تعیین افت بار هیدرولیکی در سیستم‌های آبیاری قطره‌ای یکی از مهم‌ترین بخش‌های طراحی این سیستم‌ها می­باشد. برای حصول یکنواختی مطلوب توزیع آب در شبکه قطره‌چکان‌ها لازم است که اختلاف بار در یک زیرواحد سیستم قطره‌ای در محدوده معینی قرار داشته باشد. در سال‌های اخیر نرم افزار فلوئنت به میزان زیادی در علوم هیدرولیک و مکانیک سیالات برای تجزیه و تحلیل انواع جریان به کار گرفته شده است. این نرم افزار قابلیت‌های زیادی دارد و توانمندی‌های آن در حل بسیاری از مسائل جریان سیالات و انتقال جرم و دما به اثبات رسیده است. در مطالعه حاضر تلاش شد با استفاده از این نرم افزار جریان در مانیفلدهای آبیاری قطره‌ای از نظر هیدرولیکی شبیه‌سازی گردد. بدین منظور سه لوله مانیفلد به طول 18 متر با قطرهای خارجی 32، 40 و 50 میلی‌متر و هرکدام دارای 8 خروجی به فواصل 2 متر آماده گردید. با برقراری جریان با فشارهای ورودی 8/0، 0/1 و 2/1 بار در سه تکرار، توزیع فشار در هر سه لوله­ با استفاده از فشارسنج­های دیجیتالی دقیق اندازه­گیری گردید. سپس همین شرایط با استفاده از نرم افزار فلوئنت مورد شبیه سازی قرار گرفت. همچنین با کاربرد رابطه دارسی-ویسباخ افت بار در شرایط آزمایشی مذکور محاسبه شد. نتایج حاصل از مقایسه عملکرد نرم افزار مذکور و رابطه دارسی- ویسباخ با داده­های آزمایشی نشان داد که نرم افزار فلوئنت و رابطه دارسی ویسباخ به ترتیب با داشتن حداکثر خطای نسبی 1268/1 و 5720/0 درصد و ضریب تبیین 99959/0 و 99993/0 در مقایسه با مقادیر افت بار اندازه گیری شده، روش‌های مناسبی برای شبیه‌سازی هیدرولیکی جریان در مانیفولدهای آبیاری قطره‌ای می‌باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Hydraulic Simulation of Water Flow in Drip Irrigation Manifolds using Fluent Software

نویسندگان [English]

  • Ali Ashraf Sadraddini 1
  • Amir Hossein Nazemi 2
  • Reza Delirhasnnia 3
  • Saeid Samadianfard 4
1 Associate Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz., Tabriz., Iran
2 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz., Tabriz., Iran
3 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz., Tabriz., Iran
4 PhD, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz., Tabriz., Iran
چکیده [English]

Determination of hydraulic head loss is one of the most important components of designing drip irrigation systems. For having an optimized water distribution in drippers, it is necessary that head loss in each section should be in predetermined range. In recent years, fluent software has been used greatly in hydraulic science and fluid mechanics for evaluation of different flow regimes. The mentioned software has fantastic capabilities and its advantages have been proved in solving different fluid problems, mass and heat transfer. In the current study we tried to simulate hydraulic behavior of water flow in drip irrigation manifolds. Thus, three manifolds with same 18 meter length and outer diameter of 32, 40 and 50 millimeters which have 8 outlets with 2 meter intervals have been set. Validation of mentioned model has been done by comparing its result with observed values, measured in laboratory and computed results by Darcy Weisbach formula. In these experiments, pressure distribution was measured in three manifolds with different diameters and inlet pressure of 0.8, 1.0 and 1.2 bar using digital piezometer. Results showed that fluent software and Darcy Weisbach formula by having maximum relative error of 1.1268 and 0.5720 and correlation coefficient of 0.99959 and 0.99993, respectively in comparison of measured head loss are suitable models for simulation of water flow in manifolds and also are the appropriate and accurate methods in hydraulic simulation of water flow in drip irrigation systems

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drip Irrigation
  • Fluent software
  • Hydraulic simulation
  • Manifold
  • Pressure distribution
علیزاده، الف. 1380. اصول و عملیات آبیاری قطره‌ای. چاپ دوّم. انتشارات دانشگاه امام رضا.، 450 صفحه.

صدرالدینی، ع. الف.، دلیرحسن­نیا، ر.، فعالیان، الف. و صیادی، ح. 1386. بررسی افت بار ناشی از اتصالات قطره­چکان­های روی خط آبیاری قطره­ای، طرح تحقیقاتی، مدیریت امور پژوهشی دانشگاه تبریز. 53 صفحه.

Amin, M.S.M., and Svehlik, Z.J. (1994), Hydraulic analysis of micro-irrigation laterals: a new approach, Pertanika Journal of Science & Technology, 2(1): 107-119.

Mahar, P. S., and Singh, R. P. (2003), Computing inlet pressure head of multioutlet pipeline , Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE,129(6):464-468.

Mansour, H.A.G., Tayel, M.Y., El-Hadi, M.A.A., Lightfoot, D.D., and El-Gindy, A.M. (2010), Modification of water application uniformity among closed circuit trickle irrigation systems, Agricultural Science, 1(1): 1-9.

Mizyed, N. (2002), Numerical analysis to solve the hydraulics of trickle irrigation units, Irrigation and Drainage Systems, 16: 53-68.

Valiantzas, J. D. (2005), Modified Hazen–Williams and Darcy–Weisbach equations for friction and local head losses along irrigation laterals, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 129(4), 342-350.

Warrick, A.W, and Yitayew, M. (1987), An analytical solution foe flow in a manifold, Advances in Water Resource, 10(2), 58-63.

Yildirim, G., and Agiraioglu, N. (2004), Comparative analysis of hydraulic calculation methods in design of microirrigation laterals, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 130(3): 201-217.

Yitayew, M. (1990), Head loss in manifolds or trickle laterals: simplified approach, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 115(4), 739-743.