Cách tính tốc độ dòng chảy của băng nhỏ giọt và tổn thất áp suất

Ⅰ. Làm thế nào để tính toán tốc độ dòng phát của băng nhỏ giọt ở bất kỳ áp suất nào?

Bộ phát băng nhỏ giọt không bù áp suất-áp suất{1}} tuân theo phương trình phóng điện của bộ phát:q = k × H^x

số mũxcho bạn biết dòng chảy nhạy cảm như thế nào với sự thay đổi áp suất:

Bộ phát-phẳng nhất vàbăng nhỏ giọt mê cungrơi vào vùng hỗn loạn vớix ≈ 0.47–0.57. Một nghiên cứu về sáu băng nhỏ giọt thương mại cho thấy giá trị x trung bình là 0,486.Vì mục đích ước tính khi giá trị k và x của nhà sản xuất không được công bố,x = 0.5là giá trị mặc định hợp lý cho-bộ phát băng nhỏ giọt dòng chảy hỗn loạn và k có thể được tính toán ngược-từ tốc độ dòng danh nghĩa ở áp suất định mức.

Ví dụ hoạt động 1: Lưu lượng giảm bao nhiêu ở áp suất thấp hơn?

Được cho:

băng nhỏ giọt phát phẳng, tốc độ dòng danh nghĩa: 1,38 L/h ở 0,1 MPa (đầu ≈10,2 m)

Giả sử x=0.5 (bộ phát hỗn loạn)

Bước 1 Quay lại-tính k:

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

Bước 2 Tính toán lưu lượng ở áp suất 0,06 MPa (cột áp ≈6,1 m):

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

Đó là mộtgiảm 22%từ mức 1,38 L/h định mức - chỉ khi vận hành ở 60% áp suất định mức.

Bạn sẽ nhận được tốc độ dòng chảy nào ở các áp suất khác nhau?

Sử dụng cùng một phương pháp tính toán ngược{0}}(x=0.5) cho thông số kỹ thuật của băng nhỏ giọt bộ phát phẳng:

Ⅱ. Làm thế nào để tính toán tổn thất ma sát trong các mặt bên của băng nhỏ giọt?

Phương trình Darcy-Weisbach là tiêu chuẩn để tính toán tổn thất áp lực ma sát trong đường ống:hf=f × (L/D) × (v²/2g)

⒈ Hệ số ma sát cho-Băng dính có thành mỏng

Để có dòng chảy rối trơn tru trong các ống nhựa có đường kính-nhỏ (4.000 < Re < 100.000), hệ số ma sát được tính bằng phương trình loại Blasius-:f=a / Re^0,25

trong đó Re=vD/υ (số Reynold) và υ=độ nhớt động học của nước (1,01 × 10⁻⁶ m2/s ở 20 độ ).

Hệ số a phụ thuộc vào loại ống:

Mê cung liên tục được hàn bên trong băng nhỏ giọt có thành{0}}mỏng làm tăng ma sát vượt xa những gì mà công thức đường ống trơn-dự đoán. Bạn nên sử dụng=0.33 làm giá trị trung bình thận trọng cho băng nhỏ giọt-bộ phát phẳng khi không có dữ liệu thử nghiệm cụ thể.

⒉ Christiansen F{0}}Hệ số cho nhiều cửa hàng

Băng nhỏ giọt ở bên không phải là một ống đơn giản, nó có các đầu ra cách đều nhau để xả dòng chảy dọc theo chiều dài. Hệ số khử Christiansen giải thích cho điều này:hf_actual=F × hf_full_flow.Đối với bất kỳ bên nào có hơn ~ 20 bộ phát, F ≈ 0,35 là giá trị an toàn.

Ví dụ thực hiện 2: Tính toán tổn thất ma sát đầy đủ

Được cho:

Băng nhỏ giọt phát phẳng 16mm

Độ dày của tường: 0,2mm; đường kính trong ước tính: 15,6mm (0,0156 m)

Tốc độ dòng phát: 1,38 L/h ở đầu 10m

Khoảng cách phát: 30cm (0,3m)

Chiều dài bên: 150m

Áp suất đầu vào: 0,1 MPa (đầu 10,2 m)

Địa hình: bằng phẳng (độ dốc 0%)

Nhiệt độ nước: 20 độ

Bước 1: Tổng số nguồn phát:

N = 150 / 0.3 = 500 máy phát

Bước 2: Tổng tốc độ dòng chảy ngang (giả sử tất cả các bộ phát ở lưu lượng định mức):

Tổng Q_= 500 × 1.38=690 L/h =0.000192 m³/s

Trong thực tế, tốc độ dòng chảy giảm dọc theo chiều ngang khi áp suất giảm. Việc sử dụng tốc độ dòng chảy vào là biện pháp thận trọng và tiêu chuẩn cho thiết kế ban đầu.

Bước 3: Vận tốc dòng chảy ở cửa vào:

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

Bước 4: Số Reynolds:

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

Đây là phạm vi hỗn loạn trơn tru (4.000 < Re < 100.000), do đó áp dụng phương trình Blasius đã sửa đổi.

Bước 5: Hệ số ma sát (a=0.33 đối với băng phát- phẳng):

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

Bước 6: Tổn thất ma sát dòng chảy-toàn bộ (không hiệu chỉnh đầu ra):

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

Bước 7: Áp dụng hệ số F{1}} Christiansen (N=500, F=0.35):

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

Bước 8: Áp lực ở phần đuôi:

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

Phán quyết:Áp suất-cuối đuôi 0,050 MPa vừa phải với áp suất vận hành tối thiểu được khuyến nghị dành cho băng nhỏ giọt bộ phát phẳng (0,05 MPa) [3]. Ở độ cao 150m, mặt bên này đạt giới hạn thiết kế. Bất kỳ tổn thất bổ sung nào từ phụ kiện, bộ lọc hoặc độ cao sẽ đẩy phần đuôi xuống dưới thông số kỹ thuật.

Điều gì thay đổi ở 120m?Chạy tính toán tương tự cho 120m:

• 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) → lề thoải mái

Ⅲ. Khi nào nên sử dụng Hazen-Williams để giảm ma sát trên băng nhỏ giọt?

Phương trình Hazen-Williams đơn giản hơn và được sử dụng rộng rãi trong thiết kế tưới tiêu:hf=10.67 × L × Q^1,852 / (C^1,852 × D^4,87)

Đối với băng nhỏ giọt polyetylen, giá trị C trong tài liệu nằm trong khoảng từ 130 đến 150. Tiện ích mở rộng UF/IFAS sử dụng C=130 cho các đường đa cạnh ¾-inch trong tính toán tưới nhỏ giọt.

Darcy-Weisbach vs. Hazen-Williams: Công thức giảm ma sát nào chính xác hơn cho băng nhỏ giọt?

Sử dụng các thông số tương tự như Ví dụ 2 (băng 16mm, 1,38 L/h, khoảng cách 30cm, 150m, lưu lượng vào 0,192 L/s, D=0.0156 m):

Mua mang về:Hazen-Williams với C=140–145 gần đúng với kết quả Darcy-Weisbach trong phạm vi ±5% cho kịch bản này. C=150 quá lạc quan. C=130 đưa ra ước tính thận trọng. Đối với thiết kế cuối cùng, hãy luôn xác minh với Darcy{10}}Weisbach bằng hệ số Blasius đã sửa đổi.

Ⅳ. Bạn có thể chạy băng nhỏ giọt bên trong bao lâu?

Hạn chế thiết kế chính cho các mặt bên của băng nhỏ giọt làsự thay đổi dòng chảy- chênh lệch giữa tốc độ dòng phát cao nhất và thấp nhất trên một bên không được vượt quá 10% (theo ISO và tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc GB/T 50485).

• Đối với các nguồn phát hỗn loạn có x ≈ 0,5, sự thay đổi dòng chảy 10% tương ứng với sự thay đổi áp suất khoảng 20% ​​(vì Δq/q ≈ x × ΔH/H). Điều này có nghĩa là:Biến đổi áp suất cho phép=±10% đầu vào
• Đối với địa hình bằng phẳng, toàn bộ sự thay đổi áp suất xuất phát từ tổn thất ma sát, vì vậy:hf_allowable ≈ 0,20 × H_inlet

Chiều dài chạy băng nhỏ giọt tối đa theo tốc độ dòng chảy và khoảng cách là bao nhiêu?

Bảng sau đây trình bày khoảng thời gian chạy tối đa ước tính cho băng nhỏ giọt bộ phát phẳng trên địa hình bằng phẳng, giả sử biến đổi dòng chảy 10% (biến thiên áp suất 20%) và áp suất đầu vào ở cột nước 10m. Được tính toán bằng cách sử dụng Darcy-Weisbach với=0.33 và Christiansen F=0.35.

Băng 16mm (ID ước tính: 15,6mm):

Băng 22mm (ID ước tính: 21,4mm):

Ⅴ. Độ dốc ảnh hưởng đến áp suất băng nhỏ giọt như thế nào?

Những thay đổi về độ cao sẽ cộng hoặc trừ áp suất sẵn có tại mỗi điểm dọc theo mặt bên:ΔH_độ cao=± Δz

trong đó Δz là sự thay đổi độ cao (dương khi lên dốc, âm khi xuống dốc). Sự thay đổi áp suất tính bằng MPa trên 10m thay đổi độ cao là:ΔP=0.098 MPa trên độ cao 10m

Hoặc tương đương:Độ cao 1m=0.0098 MPa=0.1 bar ≈ 1,42 PSI

Tác động thực tế đến thời lượng chạy

Ví dụ hoạt động 3: Điều gì xảy ra với áp lực lên độ dốc 1%?

Được cho:Băng 16mm, bộ phát 1,38 L/h, khoảng cách 30cm, chiều ngang 150m, đầu vào 0,1 MPa

Câu hỏi thường gặp: 5 sai lầm thường gặp trong thiết kế thủy lực băng nhỏ giọt

Tham khảo nhanh: Tóm tắt các công thức chính

Tài liệu tham khảo

1. Reti, C. và cộng sự. "Mất đầu trong-Băng nhỏ giọt có tường mỏng với mê cung liên tục."Nước(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. Liên kết

3. Zazueta, FS "Những cân nhắc về thủy lực cho hệ thống tưới vi sinh cho cây có múi." Phần mở rộng UF/IFAS, Ấn bản CH156. liên kết

4.Dữ liệu kỹ thuật băng nhỏ giọt Dripmax Silver. liên kết

5.Rivulis T-Đặt tên sản phẩm băng nhỏ giọt và tính toán lưu lượng. liên kết

6.Bagarello, V. và cộng sự. "Nghiên cứu thực nghiệm về khả năng cản dòng chảy trong ống nhựa có đường kính{2}}nhỏ."Tạp chí Kỹ thuật Thủy lợi và Thoát nước, 1997.