مدل‌سازی قطر قطره‌های پخش شده از آبپاش‌های ضربه‌ای آبیاری بارانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز

3 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز

چکیده

قطر قطره­های تولید شده از آبپاش­ها از عوامل موثر بر شعاع پخش، تلفات تبخیر و بادبردگی، کوبش خاک بوده و در کل نشان دهنده کیفیت آبپاش می­باشد. تعیین اندازه مناسب قطره­ها به انتخاب صحیح آبپاش برای منظورهای فنی و طراحی کمک می­کند. در این تحقیق به منظور مدل­سازی اندازه متوسط قطره­های تولید شده توسط آبپاش ضربه­ای از روش هوشمند برنامه­ریزی بیان ژن بهره برده شد. داده­های ورودی مدل شامل قطر نازل، فشار کارکرد و فاصله از آبپاش و خروجی مدل اندازه متوسط قطره­های فرود آمده در فاصله معین نسبت به آبپاش بود. آزمایش­های این تحقیق در 22 ترکیب اندازه نازل و فشار کارکرد انجام و داده­های ورودی مدل تهیه گردید. در هر آزمایش 9 تا 14 گام اندازه­گیری نسبت به آبپاش و با فواصل 5/1 متری از هم در نظر گرفته شد. با کاربرد روش عکاسی دیجیتالی و تحلیل عکس­های حاصل به تعیین قطر قطره­­ها و سایر مشخصات هندسی و حرکتی آنها اقدام گردید. شعاع پخش آبپاش­ها نیز در کلیه آزمایش­ها ثبت شد. سپس با دسته­بندی داده­های قطر نازل، فشار کارکرد آبپاش، فاصله نقاط اندازه­گیری نسبت به آبپاش از یک طرف و اندازه متوسط قطره­های تولید شده از طرف دیگر و کاربرد روش­ برنامه­ریزی بیان ژن مدلی جهت پیش­بینی اندازه متوسط قطره­های پخش شده در فواصل مختلف نسبت به آبپاش استخراج گردید. مقایسه نتایج حاصل از مدل­سازی و داده­های مشاهداتی نشان داد که مدل پیشنهادی با مقادیر 91/0 R2=و میلی­متر
402/0 RMSE=دارای دقت بالایی در پیش­بینی قطر قطره­ها می­باشد. علاوه براین تاثیرات توام فشار و قطر نازل بر قطر قطره‌های تولید شده مورد بررسی قرار داده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of The Droplets Diameter Emitted from Impact Sprinklers

نویسندگان [English]

  • Vahdat Ahmadifar 1
  • Reza Delirhasannia 2
  • Amir Hossein Nazemi Nazemi 3
  • Ali Ashraf Sadraddini 4
1 MSc. Student, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz.
2 Assistant Professor ,Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
4 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Sprinkler droplet diameter is one of the affecting factors on the application radius, wind drift and evaporation losses, soil compaction and generally it is sprinkler quality indicator. Determination of the proper drop diameter helps the efficient sprinkler selection to meet technical and design goals. In this research, the intelligent Gene Expression Programing (GEP) method was applied for modeling of mean drop diameter emitted from impact sprinklers. Model input data were included nozzle diameter, operation pressure and distance from sprinkler; and model output was mean drop drop diameter landed at the certain distance from sprinkler. For preparing model inputs, experiments were conducted for 22 nozzle size and operation pressure combinations and considering 9 to 14 spatial steps of 1.5 m intervals. Using digital photographic method and analyzing the photos, the drops drop diameter data were obtained under all experimental conditions. In addition, sprinklers application radii were measured in the experiments. Consequently, by classification of nozzle sizes, operation pressures, measuring distances on one hand and mean drop drop diameters on the other hand and application of GEP method, a model was developed to predict mean drop size in the different distances from sprinkler. Comparisons between model results and observation data showed high accuracy of the proposed model with R2=0.91 and RMSE= 0.402. In addition the simultaneous effects of pressure and nozzle diameter on drop drop diameter were investigated in this research.

کلیدواژه‌ها [English]

  • application radii
  • Gene Expression Programing
  • nozzle diameter
  • operation pressure

رحیم زادگان، ر. 1375. طراحی سیستم­های آبیاری بارانی. انتشارات جهاد دانشگاهی دانشگاه صنعتی اصفهان، ص 280.

عالی­نژاد، م. 1390. مشخصه­های هیدرو دینامیکی آب خروجی از آبپاش با استفاده ازمدل بالستیک و CFD. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، ص 118.

Bautista-Capetillo, C. F., R. Salvador, J. Burguete, J. Montero, J. M. Tarjuelo, N. Zapata, J. González and E. Playán. 2009. Comparing mythologies for the characterization of water drops emitted by an irrigation sprinkler.Transactions of the ASABE, 52(5): 1493-1504.

DeBoer, D. W. and M. J. Monnens. 2001. Estimation of drop size and kinetic energy from a rotating spray- plate sprinkler. Transactions of ASAE, 44: 1571-1580.

Ferreira, C. 2001. Gene expression programming: a new adaptive algorithm for solving problems. Complex Systems, 13(2): 87-129.

Li, J., H. Kawano and K. Yu. 1994. Droplet size distributions from different shaped sprinkler nozzles. Transactions of ASAE, 37(6), 1871- 1878.

Keller, J. and R. D. Bliesner. 1990. Sprinkler and trickle irrigation. Van Nostrand Reinhold, New York, USA. pp. 652.

Kim W.T., S. K. Mitra, X. Li, L. A. Prociw and T. C. J. Hu. 2003. A predictive model for the initial droplet size and velocity distributions in sprays and comparison with experiments. Particle and Particle Systems Characterization, 20: 135 - 149.

 Kincaid, D. C., K. H. Solomon and J. C. Oliphant. 1996. Drop size distribution for irrigation sprinklers. Transactions of ASAE, 39: 839-845.

Kollár, L. E. and M. Farzaneh. 2007. Modeling the evolution of droplet size distribution in two-phase flows. International Journal of Multiphase Flow, 33: 1255–1270.

Koza, J. R. 1992. Genetic Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection. MIT Press. Cambridge, USA. pp. 813.

Ren, N., A. Blum, Y. Zheng, C. Do and A. Marshall. 2009. Quantifying the Initial Spray from Fire Sprinklers. Fire Safety Science, 9: 503-514.

Salvador, R., C. Bautista-Capetillo, J. Burguete, N. Zapata and E. Playán. 2009. A photographic methodology for drop characterization in agricultural sprinklers. Irrigation Science, 27: 307–317.

Sanchez Burillo, G., R. Delirhasannia, E. Playán, P. Paniagua, B. Latorre  and J. Burguete. 2013. Initial drop velocity in a fixed spray plate sprinkler. ASCE, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139(7): 521–531.

Sayyadi, H., A. H. Nazemi, A. A. Sadraddini and R. Delirhasannia. 2014. Characterising droplets and precipitation profiles of a fixed spray-plate sprinkler. Biosystems Enginering, 119: 13-24.