Научная статья на тему 'Гидравлический расчет поливного полиэтиленового трубопровода системы капельного орошения'

Гидравлический расчет поливного полиэтиленового трубопровода системы капельного орошения Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
178
151
Поделиться

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Микитюк Андрей Васильевич, Кажаров Валерий Мухамедович, Шугай Павел Юрьевич

В статье приведен гидравлический расчет поливного полиэтиленового трубопровода системы капельного орошения. Получена теоретическая формула для определения потери напора в поливном трубопроводе, которая учитывает нелинейный закон изменения средней скорости потока по длине поливного трубопровода.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Микитюк Андрей Васильевич, Кажаров Валерий Мухамедович, Шугай Павел Юрьевич,

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Гидравлический расчет поливного полиэтиленового трубопровода системы капельного орошения»

УДК 532.5

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОЛИВНОГО ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ТРУБОПРОВОДА СИСТЕМЫ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ

Микитюк А. В. - к. т. н., доцент Кажаров В. М. - аспирант Шугай П. Ю. - ассистент

Кубанский государственный аграрный университет

В статье приведен гидравлический расчет поливного полиэтиленового трубопровода системы капельного орошения. Получена теоретическая формула для определения потери напора в поливном трубопроводе, которая учитывает нелинейный закон изменения средней скорости потока по длине поливного трубопровода.

Одним из основных элементов систем капельного орошения являются поливные трубопроводы с водовыпусками. Потери напора в поливном трубопроводе (ПТ) рекомендуется вычислять по формуле Дарси - Вейсба-ха (1):

V 2

Н, = 1----------------. (1)

‘ О 2g у ’

При гидравлическом расчете ПТ необходимо учитывать движение жидкости с убывающим по пути расходом. Особенно значительно влияние переменной массы жидкости на потери напора, если поливные трубопроводы превышают длину 50 м [1].

Поэтому при вычислении потери напора в ПТ будем учитывать скорость жидкости в начале трубопровода. Определим потери напора на участках ПТ по формуле, используя выражение (1):

где 11 - коэффициент гидравлического трения на участке, определяемый по скорости в начале ПТ;

V] - скорость в начале расчетного участка длиной • ■ и диаметром Д-, м/с.

Предположим, что движение жидкости с раздачей расхода по пути можно описать в виде закона изменения средней скорости по длине участка трубопровода:

где х - расстояние от начала трубопровода до расчетного сечения;

а - показатель степени, учитывающий нелинейный характер распределения скорости по длине трубопровода с капельницами.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

При а=1 получаем линейный закон изменения средней скорости потока по пути трубопровода, то есть равномерную раздачу расхода по пути, что необходимо при режиме капельного орошения культур. Но коэффициент а может изменяться от 1 до 0 в зависимости от длины трубопровода. Подставляя (3) в формулу (2), получим:

(2)

/

V = Vн 1

(3)

V

И

/ /

V,,

1 - -

V

7-1

(4)

Д • 2 ^

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Формула (4) является функцией потерь напора при движении жидко-

сти с переменной массой в зависимости от закона изменения средней ско-

/

рости потока V; = /

В зависимость (4) входит параметр 1;, который также зависит от V . Проведем анализ коэффициента гидравлического трения 1 ■ в случае движения жидкости в ПТ с капельницами.

Как было ранее установлено Е. В. Кузнецовым [2], А. А. Федорцом [3] и др. [4; 5], в случае движения жидкости с переменной массой в полиэтиленовых трубопроводах коэффициент 1; зависит от числа Рейнольдса Яе и определяется по эмпирической формуле вида:

1, = —, (5)

яе1

е

где А - постоянный коэффициент, учитывает влияние длины и диаметра трубопровода на потери напора;

Яе - число Рейнольдса, учитывает режим движения жидкости.

Проанализируем безразмерный коэффициент а. При а=1 в трубопроводе может установиться ламинарный режим, тогда А=64. Имеются исследования Я. Т. Ненько, Г. А. Петрова [5; 6], которые указывают на то, что при небольших скоростях потока устанавливается переходной режим движения жидкости от ламинарного до области "гладких труб". В этом случае коэффициент А принимает любые другие целые значения в зависимости от длины ПТ и числа капельниц на нем. При а=0 коэффициент 1-

автомоделен относительно числа Яв, и в трубопроводах устанавливается квадратичная область сопротивления. Скорость V] = V н (3).

Решим уравнение (4), подставив в него формулу (5). После преобразований и дифференцирования получим:

4

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

яа 2g • Б

• V:

1 - *

\2а

А V

а

Vа• Б а 2g•Б

• V:

1 - *

А-Vа •

2 g • Б1+а • V?

*

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

а

і - *

где V - кинематическая вязкость жидкости.

Обозначив через А1

а

2 g • Б

1+а

, получаем:

Ь = Аі • V,

2-а

V /

(6)

Далее дифференцируем (6) по ёх, получим:

dh =-4 • V;

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

2-а

г а-1

1 - *

d*.

(7)

1

Решим дифференциальное уравнение (7). Считаем, что температура жидкости постоянная, следовательно, n = const, диаметр трубопровода и скорость в его начале также постоянны:

(dh = -Ai • VH2~al

г ХЛ

1 - -•

V J

dx,

h(i)-h(0) = Ai • • • VH2~a j

x

1 - -

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

v /

d

x

1 - -

v /

или

h(j)- h(0)< 0; h(j)- /z(0) = --,

/ \a

i - -

h = A1 • • • V

2-a

a

h = A • • • VH2_a. a

(8)

Формула (8) служит для вычисления потерь напора в поливных трубопроводах систем капельного орошения. Формулу (8) можно представить в виде:

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

h=

А;

V

a•Ra D 2g

(9)

A;

a^ Ra

- коэффициент гидравлического трения, учитывающий

изменение расхода по пути трубопровода.

0

Проведем анализ формулы (9). При а=1 получаем линейный закон изменения средней скорости потока по пути в трубопроводе. При этом коэффициент гидравлического трения будет определяться формулой [7]:

При а=0,25 коэффициент гидравлического трения будет вычисляться формулой Блазиуса [8]:

х=Як- (")

Яе

При а=0,45 коэффициент гидравлического трения принимает вид

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

[6]:

*■= ^ (12)

Яе

Экспериментально учеными установлено [2; 9; 10], что А- в полиэтиленовых ПТ систем капельного орошения возрастает с увеличением показателя степени а от 0,25 до 0,45 соответственно с 0,612 до 2,111. Здесь также прослеживается определенная гидравлическая закономерность в изменении коэффициентов а и

В результате теоретических исследований можно прийти к выводу о том, что коэффициент гидравлического трения 1 в поливных полиэтиленовых трубопроводах находится для чисел Яе = 2300 40000 по формуле:

=

Ai

a-R

a

(13)

где А; и а - гидравлические параметры, определяемые опытным путем для каждого конкретного случая.

Список литературы

1. Орел, И. П. Гидравлический расчет поливных трубопроводов систем капельного орошения / И. П. Орел, Ю. Н. Великанов // Гидротехника и мелиорация. - 1978. -№ 7, С. 52-55.

2. Кузнецов, Е. В. Влияние транзитной скорости на отклонение потока при истечении

через отверстия-водовыпуски / Е. В. Кузнецов // Тр. Кубан. СХИ. - Краснодар, 1980. - Вып. 172. - С. 115-122.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

3. Федорец, А. А. Гидравлические исследования поливных трубопроводов систем ка-

пельного орошения. - В кн. : Новое в техн. и технол. полива / А. А. Федорец // Сб. науч. тр. ВНПО "Радуга". - 1978. - Вып. 2. - С. 115-120.

4. Маланчук, З. Р. Экспериментальные зависимости гидравлического расчета поливных

трубопроводов. - В кн. : Новое в техн. и технол. полива / З. Р. Маланчук // Сб. науч. тр. ВНПО "Радуга". - 1979. - Вып. 12. - С. 184-189.

5. Ненько, Я. Т. О движении жидкости с переменной вдоль потока массой / Я. Т. Нень-

ко // Тр. Харьковского гидромет. ин-та. - Харьков, 1938. - С. 3-50.

6. Петров, Г. А. Гидравлика переменной массы / Г. А. Петров. - Харьков : Изд. Харьк.

ун-та, 1964. - 223 с.

7. Novotny, M. Techologia a hydraulika pomalej podpovrchovej zavlahy pre trvale plodiny /

M. Novotny, A. Klopcek // Vyskumneho ustavu zavlahoveho hospodarstwa. - Bra-tislave, 1981. - № 15. - С. 145-161.

8. Черноморцева, В. Н. Гидравлический расчет поливного трубопровода, оборудован-

ного капельницами / В.Н. Черноморцева // Докл. ВАСХНИЛ. - 1983. - № 2. - С. 40-41.

9. Кузнецов, Е. В. Расходные характеристики капельниц-водовыпусков / Е. В. Кузне-

цов, Ю. А. Скобельцын // Тр. Кубан. СХИ. - Краснодар, 1982. - Вып. 198. - С. 73-79.

10. Федорец, А. А.Определение коэффициента гидравлического трения полиэтиленовых трубопроводов, применяемых для капельного орошения / А. А. Федорец, С. М. .Мороз, Л. А. Конюхов. - В кн. : Гидромелиорация и гидротехническое строительство. - Львов, 1979. - Вып. 7. - С. 63-67.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.