ارزیابی روابط متداول محاسبه افت هیدرولیکی و واسنجی رابطه هیزن-ویلیامز درلاترال‌های آبیاری قطره‌ای

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، دانشکدگان ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشیار، موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، کرج، ایران

3 گروه مهندسی انرژی‌های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، ، ایران.

4 دانشجوی فوق دکتری مهندسی منابع آب، دانشگاه رایس، هوستون، تگزاس، امریکا

5 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

10.24200/j30.2024.62619.3234

چکیده

در طراحی سیستم های آبیاری قطره ای برای تعیین مقدار افت هیدرولیکی معمولاً از رابطه هیزن-ویلیامز استفاده می شود. در این تحقیق با استفاده از مدل های آزمایشگاهی و کاربرد لوله‌های پلی‌اتیلن با اقطار 16، 20 ، 25 و32 میلی متر میزان افت هیدرولیکی به ازای دبی های مختلف و با توجه به محدوده سرعت مجاز اندازه گیری شد. سپس با تحلیل داده های مشاهداتی رابطه جدیدی که مقدار افت هیدرولیکی را در لوله‌های 16 تا 32 میلی متر تابعی از دبی و قطر لوله محاسبه می کند بدست آمد. رابطه ریاضی بدست‌آمده با نتایج حاصل از روش های متداول اندازه‌گیری افت هیدرولیکی و همچنین داده‌های محاسباتی مقایسه شد. مطابق با نتایج این مطالعه رابطه بدست‌آمده برای لوله های پلی‌اتیلن با قطر 16 الی 32 میلی متر و با عدد رینولدز بیش از 2000، با اطمینان بالایی پیشنهاد می شود. از مزایای رابطه به دست آمده استقلال آن از ضریب افت C و دقت بالای آن می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the widely-used equations of Hydraulic Loss Calculation and Calibration of the Hazen-Williams Equation in Drip Irrigation Laterals

نویسندگان [English]

  • Shahin Shafaei 1
  • Ghasem Zarei 2
  • Kumars Ebrahimi 3
  • Shima Soleimani 4
  • Mohammad Shamsi 5
1 Department of Irrigation and Drainage Engineering, Aburihan College, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Agricultural Engineering Research Institute, Ministry of Agriculture – Jahad, Karaj, Iran.
3 Professor, Department of Renewable Energies and Environmental Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
4 Postdoc Associate, Rice University, Houston, Texas, United States
5 Department of Irrigation and Reclamation, Faculty of Agriculture, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

In designing of drip irrigation systems, Hazen-William’s equation is usually used to determine the hydraulic head loss. The mentioned equation is suggested for pipes with diameters greater than 75 mm and flow rates above 2.3 l/s. However, for trickle irrigation lateral pipes with diameters from 16 to 32 mm are generally used. In this case, the calculated hydraulic head loss is lower than the actual hydraulic head loss, and subsequently, the hydraulic pressure at the desired point will be lower than the required value; In other words, the output flow from the droppers will be reduced and the uniformity of water distribution will be less than the expected amount. Herein, using laboratory models and the use of polyethylene pipes with a diameter of 16, 20, 25 and 32 mm, the amount of hydraulic loss was measured for different flow rates and according to the permissible velocity limits. Hydraulic pressures were measured using data Logger, one record for each second, and the discharge was adjusted volumetrically. To control the discharge and the hydraulic pressure, a by-pass pipe was installed on the physical model. The amount of hydraulic head loss was measured for different flow rates in the permissible flow velocity range (1-2 m/s). Then, by analyzing the recorded data, a new relationship was obtained that calculates the amount of hydraulic head loss in 16 to 32 mm pipes as a function of flow rate and pipe diameter. The Hazen-Williams equation was compared with the results of Moody, Churchill and Colebrook methods, as well as the actual measured values. According to the results, the largest error between the measured and the calculated head loss was for the Colebrook & White equation for the 25 mm pipe and the smallest error was for the same equation for the 32 mm pipe. The obtained relationship is recommended for polyethylene pipes with diameter of 16 to 32 mm and with Reynolds number above 2000 with high confidence. One of the advantages of the obtained relationship is its independence from the Hazen-Williams roughness coefficient and its remarkable accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drip irrigation
  • hydraulic loss
  • laboratory model
  • Hazen-Williams