Пахомов А. А., к. т. н., профессор,

Суслин Д. А., аспирант

Волгоградский государственный аграрный университет, Россия

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВОДОПОДАЧИ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПОЛИВНОМ ТРУБОПРОВОДЕ

В настоящее время поверхностный способ полива представляет интерес для исследования и внедрения, так как не требует высоких затрат электроэнергии, поскольку для его осуществления не требуются высокие напоры воды.

Одним из наиболее эффективных средств поверхностного полива являются поливные трубопроводы. Их можно внедрять на существующих оросительных системах, в том числе открытых. На этих оросительных системах имеется гидравлический перепад, иногда достигающий 2 м, характерным является перепад 0,4 – 0,6 м [1].

Нами предлагается автоматизированный поливной трубопровод, основными конструктивными элементами которого являются: центральный бак с гидрорегулятором уровня, поливные звенья, состоящие из труб с водовыпускными отверстиями. Каждое поливное звено имеет систему управления поливом, включающую гидравлический таймер времени полива. Поливной трубопровод может работать как от закрытой, так и открытой оросительной сети [2].

Для определения конструктивных параметров следует выполнить гидравлические исследования и для их проведения необходимо обосновать параметры модели. При моделировании трубопровода с напорным движением воды основными силами являются силы гравитации. Поэтому моделирование будет проводиться с учетом критерия подобия Фруда.

Геометрический масштаб моделирования принят равным 1:4. Диаметр трубы модели трубопровода при этом масштабе составил 50 мм. Длина трубопровода при выбранном масштабе моделирования составит 6,25 м. Расстояние между водовыпусками 0,15 м. Расход воды при номинальном расходе натурного объекта 67 л/с равен:

л/с,

где Q_М – расход в натуральных условиях; Q_М – расход воды на модели; λ – геометрический масштаб моделирования.

Расход на водовыпусках модели трубопровода будет равен:

л/с

Диаметр водовыпускного отверстия равен:

м,

где µ - коэффициент расхода водовыпускного отверстия, для пластиковых труб он равен 0,6; h – напор на водовыпуске (h=2,8d).

При моделировании с учетом критерия подобия Фруда необходимо равенство чисел Фруда для модели и натуры.

Число Фруда для натурного трубопровода будет равно:

Число Фруда для трубопровода модели будет равно:

При моделировании по гравитационному закону подобия Фруда необходимо проверить выполнение автомодельности по числу Рейнольдса. Это происходит при числах Рейнольдса, больших некоторых критических, или граничных, значений, то есть при Re>Re_гр.

,

где К – коэффициент абсолютной шероховатости (К=0,0001 м); R – гидравлический радиус (R=0,011 м); λ – коэффициент гидравлического трения (λ=0,018 м).

,

где v – скорость движения воды в трубопроводе; d – диаметр поливного трубопровода; ν – коэффициент кинематической вязкости жидкости, для температуры 22°С он равен 0,97∙10^-6 м²/с.

Re>Re_гр – условие автомодельности выполняется в лабораторных условиях.

Поливное звено с длиной трубопровода 25 м и длиной поливных борозд 50 м обслуживает 0,125 га. Для овощных культур принята поливная норма 250 м³/га. На обслуживаемый участок подается 31,25 м³. Тогда объем подаваемой воды на модели, согласно правилам моделирования [3], будет равен:

м³

С расходом на модели Q_М = 2,1 л/с, заданный объем воды будет подаваться за время:

с.

Объем камеры таймера в баке управления водораспределением:

м³

Зная объем камеры таймера и время подачи воды можно определить расход капельницы таймера:

л/с.

Таким образом, мы получили основные модельные характеристики изучаемого физического явления, которые будут нами использованы при проведении гидравлических лабораторных исследований.

Литература

1. Пахомов А.А., Колобанова Н.А., Скворцов В.Ф. Расчет переходных процессов в каналах с автоматическим регулированием водоподачи. Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование, Волгоград №4(20), 2010, с. 176-181

2. Поливной трубопровод. Патент на полезную модель № 140738. Бюл.№ 14 от 20.05.2014г. Авторы: Пахомов А.А., Ходяков Е.А., Колобанова Н.А., Суслин Д.А.

3. Розанов Н.П., Гидротехнические сооружения / Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков и др.; Под ред. Н.П. Розанова. – М.: Агропромиздат, 1985. – 432 с., ил. – (Учебники и учебн. пособия для высш. с.-х. учебн. заведений).