شبیه‌سازی افت فشار موضعی جریان در شیرهای خودکار سیستم‌های آبیاری بارانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد سازه آبی، دانشگاه ارومیه

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه ارومیه

3 استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه ارومیه

چکیده

تخمین نادرست افت فشار در داخل شیر خودکار یکی از دلایل پایین بودن فشار در آبپاش‌ها می‌باشد که می‌تواند منجر به عملکرد نامناسب آبپاش‌ها گردد. لذا با بررسی افت فشار و مطالعه الگوی جریان می‌توان نسبت به اصلاح و کاهش میزان افت جریان در آن اقدام نمود. در این مطالعه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، رفتار جریان داخل شیر خودکار برای به دست آوردن نحوه توزیع سرعت و فشار و رابطه بین افت فشار و میزان دبی، تحت دبی‌های 35/1، 2، 5/2، 3، 8/3 بر ثانیه بررسی ‌شده است. بدین منظور ابعاد بخش‌های مختلف یک شیر خودکار با استفاده از ریزسنج دیجیتالی تعیین‌ شد. سپس جریان درون شیر خودکار توسط مدل‌های تلاطمی مختلف شبیه‌سازی گردید. نتایج حاصل از حل عددی نشان داد که داده‌های به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی در مدل تلاطمی K-ε Standard مطابقت بیشتری با داده‌های آزمایشگاهی دارد و متوسط خطاهای نسبی پیش‌بینی در پنج دبی در این مدل برابر با 5/2 درصد و مقدار متوسط ضریب افت فشار موضعی بر اساس این مدل برابر با 86/8 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of Flow Local Pressure loss in Quick Valves for Sprinkler Irrigation Systems

نویسندگان [English]

  • parisa Gharebaghi 1
  • Hojjat Ahmadi 2
  • mohammad Hemmati 3
  • Vahid Rezaverdinejad 2
1 , MSc Student of Hydraulic Structure, Urmia University
2 Associate Professor of Water Engineering Department, Urmia University
3 Assistant Professor of Water Engineering Department, Urmia University
چکیده [English]

The improper estimation of the pressure loss inside the quick valve is one of the reasons for low pressure in the sprinklers, which can lead to improper operation of the sprinklers. By studying the pressure loss and flow pattern, it will be possible to modify and reduce the amount of flow pressure loss in quick valve. In this study, using Computational Fluid Dynamics (CFD), flow behavior in the quick valve has been investigated to obtain the speed and pressure distribution and relation between pressure loss and flow rate in 1.35, 2, 2.5, 3, 3.8 liters per second discharges. For this purpose, the dimensions of different sections of a quick valve are determined using a digitally caliper, then the flow inside the valve has been simulated by various turbulent models. The results of the numerical solution showed that simulation results in the K-ε Standard turbulence model are more in line with the experimental results and the average of prediction error rate in five flow rates is 2.5 percent and the average amount of local pressure loss coefficient is 8.86 based on this model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Local pressure loss
  • Quick valve
  • Sprinkler Irrigation Systems
  • Computational Fluid Dynamic

آقایی راد،ا و رهبر،ا. 1381 . استاندارد تجهیزات آبیاری تحت فشار، کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران. 68: 223.

دلقندی،م.،  برومند نسب،س و بهزاد،م. 1389. بررسی و تحلیل خصوصیات هیدرولیک جریان در مجاری ریز قطره‌چکان‌های مارپیچی با استفاده از نرم‌افزار FLUENT، نشریه آب‌وخاک. 24.  4: 714-699.

دلقندی،م.، برومند نسب،س.، بهزاد،م و قلمباز،م. 1388. مطالعه هیدرولیک جریان درون قطره‌چکان‌ها با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، مجله آبیاری و زهکشی ایران. 3. 1: 68-57.

رشیدی،م.س.، رضا وردی­نژاد،و.، رضایی،ح و معروف پور،ع. 1393. بررسی میزان افت فشار موضعی انواع شیرهای خودکار و کمربندها در سیستم‌های آبیاری بارانی کلاسیک ثابت، پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی.دانشگاه ارومیه، شماره 82-4.

صفوی­منش،س.، جریره،م و رجبی،م. 1395. مدل‌سازی جریان آشفته یک زانویی مخلوط کننده با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت. اولین کنفرانس بین‌المللی دستاوردهای نوین پژوهشی در مکانیک، مکاترونیک و بیومکانیک، تهران، کنفدراسیون بین‌المللی مخترعان جهان (IFIA)، دانشگاه جامع علمی کاربردی.

صنیعی نژاد،م. 1383. مقدمه‌ای بر مفاهیم جریان‌های آشفته و مدل‌سازی آن‌ها. ویرایش سوم، فصل سوم، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف، تهران.

قره‌باغی،پ.، احمدی،ح.، همتی،م و رضاوردی­نژاد،و. 1396. بررسی عددی میزان افت فشار و الگوی جریان در شیر خودکار، شانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل.

مجد سلیمی،ک.، صلواتیان،س.ب. و امیری، ا. 1394، ارزیابی فنی سامانه­های آبیاری بارانی کلاسیک اجراشده در باغ­های چای استان گیلان، نشریه آب، خاک(علوم و صنایع کشاورزی). 29 2 :349-336.

Chattopadhyay,H., Kundu,A., saha,B.K and  Gangopadhyay,T. 2012. Analysis of flow structure inside a spool type pressure regulating valve. Energy Conversion and Management. 53.1: 196-204.

Edvardsen,S., Alberto Dorao,C and Jorgen Nydal,O. 2015. Experimental and numerical study of single-phase pressure drop in downhole shut-in valve, Journal of Natural Gas Science and Engineering. 22: 214-226.

Francis,A.L. 2002. Evaluation of the technical performance of a low cost drip irrigation system for small holder farmers. University Of Ghana, Chapter One.   

FLUENT 15. 2013. User's Guide, ANSYS, Inc.

FLUENT 16. 2014. Theory Guide, ANSYS, Inc.

Hinze,J.O. 1975. Turbulence. McGraw-Hill Publishing Co. New York.

Mahnamfar,F and Altunkaynak,A. 2017. Comparison of numerical and experimental analyses for optimizing the geometry of OWC systems, Ocean Engineering. 130: 10-24.  

Meneveau,C and Katz,J. 2000. Scale-invariance and turbulence models for Large-Eddy-Simulation. Annual Review of Fluid Mechanics. 32, no 1.1-32

Moriasi,D.N., Arnold,J.G., Van Liew,M.W., Harmel,R.D and Veith,T.L. 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulation, American society of agriculture and biological engineers. 50.30: 885-900.

Nash,J.E., and Sutcliffe,J.V. 1970. River flow forecasting through conceptual models: Part 1. A discussion of principles, Journal of Hydrology. 10.3: 282-290.

Qian,J.Y., Gao,Z.X., Wang,J.K and Jin,Z.J. 2017. Experimental and numerical analysis of spring stiffness on flow and valve core movement in pilot control globe valve, International Journal of Hydrogen Energy. 42: 17192- 17201.

Soe,th.m and Khaing,s.y. 2017. Comparison of turbulence models for computational fluid dynamics simulation of wind flow on cluster of buildings in mandalay, international journal of scientific and research publications. 7.8: 337-350.

Wang,H.M., Zhao,Y., Wang,J.X., Kong,X.SH., Liu,H., Li,K.L and Wang,X.F. 2016. Numerical simulation of flow characteristics for a labyrinth passage in a pressure valve, Journal of Hydrodynamics. 28.4: 629-636.

Wu,D., Li,S.H and Wu,P.  2015. CFD simulation of flow-pressure characteristics of a pressure control valve for automotive fuel supply system, Energy Conversion and Management. 101: 658-665.