Как да изчислим скоростта на потока на капковата лента и загубата на налягане

Ⅰ. Как да изчислим скоростта на потока на излъчвателя на капкова лента при всяко налягане?

Капковите лентови емитери без{0}}компенсация на{1}}налягане следват уравнението за изпускане на емитер:q = k × H^x

Показателятxви казва колко чувствителен е потокът към промени в налягането:

Повечето плосък{0}}емитер илабиринтни капкови лентипопадат в турбулентния диапазон сx ≈ 0.47–0.57. Проучване на шест търговски капкови ленти установи средно x от 0,486.За целите на оценката, когато стойностите k и x на производителя не са публикувани,x = 0.5е разумна стойност по подразбиране за емитери с капкова лента с турбулентен-поток и k може да бъде обратно-изчислено от номиналния дебит при номиналното налягане.

Работен пример 1: Колко пада потокът при по-ниско налягане?

дадено:

капкова лента с плосък емитер, номинален дебит: 1,38 L/h при 0,1 MPa (≈10,2 m напор)

Предполага се x=0.5 (турбулентен излъчвател)

Стъпка 1 назад-изчислете k:

k = q / H^x = 1.38 / 10.2^0.5 = 1.38 / 3.194 = 0.432

Стъпка 2 Изчислете потока при 0,06 MPa (≈6,1 m напор):

q = 0.432 × 6.1^0.5 = 0.432 × 2.470 = 1.07 L/h

Това е а22% спадот номиналните 1,38 L/h - само от работа при 60% от номиналното налягане.

Какъв дебит ще получите при различни налягания?

Използване на същия обратно-метод на изчисление (x=0.5) за спецификации на капкова лента с плосък емитер:

Ⅱ. Как да изчислим загубите от триене в страничните части на капковата лента?

Уравнението на Дарси-Вайсбах е стандартът за изчисляване на загубата на напор при триене в тръбите:hf=f × (L/D) × (v²/2g)

⒈ Фактор на триене за тънко{0}}стенна капкова лента

За плавен турбулентен поток в пластмасови тръби с малък-диаметър (4 000 < Re < 100 000), коефициентът на триене се изчислява с уравнението от типа на Blasius-:f=a / Re^0,25

където Re=vD/υ (число на Рейнолдс) и υ=кинематичен вискозитет на водата (1,01 × 10⁻⁶ m²/s при 20 градуса).

Коефициентът a зависи от вида на тръбата:

Непрекъснатият лабиринт, заварен във вътрешността на тънко{0}}стенната капкова лента, увеличава триенето над това, което предвиждат формулите за гладка{1}}тръба. Използването на=0.33 като консервативна средна стойност за капкова лента с плосък-емитер се препоръчва, когато не са налични конкретни данни от теста.

⒉ Christiansen F-Factor for Multiple Outlets

Страничната капкова лента не е обикновена тръба, тя има равномерно разположени изходи, които кървят от потока по дължината. Коефициентът на намаляване на Кристиансен отчита това:hf_actual=F × hf_full_flow.За всяка страна с повече от ~20 излъчвателя, F ≈ 0,35 е безопасна стойност.

Работен пример 2: Изчисляване на пълните загуби от триене

дадено:

16 мм капкова лента с плосък емитер

Дебелина на стената: 0.2мм; приблизителен вътрешен диаметър: 15,6 mm (0,0156 m)

Дебит на излъчвателя: 1,38 L/h при 10 m височина

Разстояние между излъчвателите: 30 см (0,3 м)

Странична дължина: 150м

Входящо налягане: 0,1 MPa (10,2 m напор)

Терен: равен (0% наклон)

Температура на водата: 20 градуса

Стъпка 1: Общ брой излъчватели:

N = 150 / 0.3 = 500 излъчвателя

Стъпка 2: Общ страничен дебит (приемайки, че всички емитери са с номинален дебит):

Q_общо=500 × 1.38=690 L/h =0.000192 m³/s

В действителност скоростта на потока намалява по протежение на страничната част с падането на налягането. Използването на дебит на входа е консервативна и стандартна практика за първоначално проектиране.

Стъпка 3: Скорост на потока на входа:

v = 4Q / (πD²) = 4 × 0.000192 / (π × 0.0156²) = 1.00 m/s

Стъпка 4: Число на Рейнолдс:

Re=vD/υ=1.00 × 0,0156 / (1,01 × 10⁻⁶) =15,446

Това е в гладкия турбулентен диапазон (4 000 < Re < 100 000), така че се прилага модифицираното уравнение на Blasius.

Стъпка 5: Коефициент на триене (a=0.33 за плоска-емитерна лента):

f = 0.33 / 15446^0.25 = 0.33 / 11.16 = 0.0296

Стъпка 6: Пълна{1}}загуба на триене на потока (без корекция на изхода):

hf_raw=0.0296 × (150 / 0,0156) × (1,00² / 19,62)=0.0296 × 9615 × 0.0510 =14.50 m

Стъпка 7: Приложете F{1}}фактора на Christiansen (N=500, F=0.35):

hf_actual=0.35 × 14.50 =5.08 m ≈ 0,050 MPa

Стъпка 8: Натиск в края на опашката:

П_опашка=10.2 - 5.08 =5.12 m ≈ 0,050 MPa

Присъда:Крайното налягане от 0,050 MPa е точно при минималното препоръчително работно налягане за капкова лента с плосък емитер (0,05 MPa) [3]. При 150 m, тази странична страна е на проектната си граница. Всяка допълнителна загуба от фитинги, филтри или повдигане ще тласне опашката под спецификацията.

Какво се променя на 120 м?Изпълнение на същото изчисление за 120 м:

• N = 400, Q = 0.000154 m³/s
• hf_actual =3.25 m(0,032 MPa)
• P_tail=10.2 - 3.25=6.95 m (0,068 MPa) → удобен марж

Ⅲ. Кога да използваме Hazen-Williams за загуба на триене на капкова лента?

Уравнението на Hazen-Williams е по-просто и широко използвано при проектирането на напояване:hf=10.67 × L × Q^1,852 / (C^1,852 × D^4,87)

За полиетиленова капкова лента стойностите на C в литературата варират от 130 до 150. Разширението UF/IFAS използва C=130 за ¾-инчови полистранични линии при изчисления за капково напояване.

Дарси-Вайсбах срещу Хейзън-Уилямс: Коя формула за загуба на триене е по-точна за капкова лента?

Използвайки същите параметри като в Пример 2 (16 mm лента, 1,38 L/h, 30 cm разстояние, 150 m, входен поток 0,192 L/s, D=0.0156 m):

За вкъщи:Hazen-Williams с C=140–145 доближава резултата на Darcy-Weisbach в рамките на ±5% за този сценарий. C=150 е твърде оптимистично. C=130 предоставя консервативна оценка. За окончателен дизайн винаги проверявайте с Darcy-Weisbach, като използвате модифицирания коефициент на Blasius.

Ⅳ. Колко дълго можете да пускате капкова лента странично?

Ключовото ограничение при дизайна на страничните части на капковата лента евариация на потока- разликата между най-високия и най-ниския дебит на емитер на единичен латерален канал не трябва да надвишава 10% (според ISO и китайския национален стандарт GB/T 50485).

• За турбулентни излъчватели с x ≈ 0,5, 10% промяна на потока съответства на приблизително 20% промяна на налягането (тъй като Δq/q ≈ x × ΔH/H). Това означава:Допустима промяна на налягането=±10% от входния напор
• За страничен на равен терен, цялата промяна на налягането идва от загуба на триене, така че:hf_allowable ≈ 0,20 × H_inlet

Каква е максималната дължина на капковата лента по скорост на потока и разстояние?

Следващата таблица показва очакваните максимални дължини на капкова лента с плосък емитер върху равен терен, като се приема 10% вариация на потока (20% вариация на налягането) и входно налягане от 10 m напор. Изчислено с помощта на Darcy-Weisbach с=0.33 и Christiansen F=0.35.

16 mm лента (приблизителен ID: 15,6 mm):

22 mm лента (приблизителен ID: 21,4 mm):

Ⅴ. Как наклонът влияе върху налягането на капковата лента?

Промените във височината се добавят или изваждат от наличното налягане във всяка точка по протежение на страничната част:ΔH_elevation=± Δz

където Δz е промяната в надморската височина (положителна за изкачване, отрицателна за спускане). Промяната на налягането в MPa на 10 m промяна на надморската височина е:ΔP=0.098 MPa на 10 m надморска височина

Или еквивалентно:1 m надморска височина=0.0098 MPa=0.1 bar ≈ 1,42 PSI

Практическо въздействие върху дължината на бягането

Работен пример 3: Какво се случва с налягането при наклон от 1%?

дадено:16 mm лента, 1,38 L/h излъчватели, 30 cm разстояние, 150 m странично, 0,1 MPa вход

ЧЗВ: 5 често срещани грешки при хидравличния дизайн на капкова лента

Бърза справка: Резюме на ключовите формули

Референции

1. Reti, C. et al. „Загуба на напор в тънкостенни-капкови ленти с непрекъснат лабиринт.“вода(MDPI), 2019. PMC6925943

2. "内镶贴片式滴头流道结构参数对水力性能影响的试验研究." 节水灌溉, 2023. Линк

3. Zazueta, FS "Хидравлични съображения за системи за микронапояване на цитрусови плодове." UF/IFAS разширение, публикация CH156. Връзка

4.Технически данни за капкова лента Dripmax Silver. Връзка

5.Rivulis T-Tape Drip Tape Наименуване на продукта и изчисляване на потока. Връзка

6.Bagarello, V. et al. „Експериментално изследване на съпротивлението на потока в пластмасови тръби с малък{2}}диаметър.“Вестник за напояване и дренажно инженерство, 1997.