Введение к работе
Актуальность тєіуи. В настоящее время одним из наиболее прогрессивных способов в области техники полива является автоматическое импульсное довдевание, благодаря которому можно получить максимально рассредоточенную поливную струю по всей системе при различных формах рельефов местности и при не очень тщательной планировке полей.
Автоматическое импульсное дождевание - это искуственный кратковременный дождь, который воздействует на условия роста и развития растений, исключая отрицательное воздействие погодных факторов на их рост и развитие.
Применение автоматического импульсного дождевания позволяет, при значительном радиусе действия аппарата (25*30 м и более), сохранять влажность воздуха на высоте растений в пределах 70...80$, регулировать микроклимат, в наиболее жаркие дни снижая температуру на 2-3С, проводить Противозаморозковые поливы в холодные дни, аккумулировать влагу в активном слое почвы на оптимальном уровне без резких колебаний, вносить растворимые минеральные удобрения с поливной водой, а также, по сравнению с поверхностным орошением, снижать опасность засоления почвы при наличии солей в нижних слоях почвы.
Дальность полета водяной струи в атмосфере зависит как от напора, так и от диаметра струи, поэтому при небольших подачах вода с высоким давлением выгодно в течение некоторого времени накапливать воду, а затем, при сравнительно большом диаметре ствола, выбрасывать ее на орошаемый участок. При этом может быть достигнута более высокая дальность полета струи, что приводит к увеличению расстояния мевду аппаратами и между трубопроводами и, следовательно, к уменьшению стоимости сети.
Системы импульсного дождевания можно разделить на две группы: системы с дождевальными аппаратами, работающими при неустановившейся подаче вода из трубопроводной сети (типа "АИДА"), и системы с дождевателями принудительного действия (типа "Коломна-15"), отличающиеся наличием коллектора и генератора импульсов, который обеспечивает поочередную работу группы дождевальных аппаратов.
Опыты и практика показали, что автоматические импульсные дождевальные аппараты ("АИДА") работают практически одновременно в сети, что обходится дешевле по сравнению с аппаратами принудительного действия, работающими в "ждущем" режиме по сигналам понижения
- г -
давления в сети. Аппараты принудительного действии работают синхронно только при наличии в сети дополнительного оборудования и каналов связи (генератор командных импульсов, датчик необходимости и интенсивности водоподачи, датчик заполнения гидроаккумуляторов, пуяьт управления, гидроподкормщик, контролыю-чзмерительное оборудование), что обходится экономически дороже, чем системы с автоматическими импульсными дождевальными аппаратами "АИДА".
Преимуществами трубопроводных оросительных сетей с автоматическими импульсными дождевальными аппаратами "АВДА" также являются использование трубопроводов малого диаметра (магистральные трубопроводы d= 50...180 мм, распределительные - d= 15...50 мм), рациональное использование водных ресурсов, возможность перемещения автоматических импульсных дождевальных аппаратов по полю и возможность их изъятия из сети в случае ремонта или создания севооборота, так как аппарат весит всего 12 кг.
Все эти преимущества позволяют внедрить наиболее совершенные дождевальные системы, оборудованные автоматическими импулъсншли дождевальными аппаратами "АВДА".
Однако, опыт проектирования, строительства и эксплуатации трубопроводных систем с импульсными дождевальными аппаратами очень мал и не освещен в специальной литературе. Нет теорій и методик расчета совместной работы импульсных дождевателей в трубопроводной сети, а разработана только методика расчета одиночного аппарата, в которой процесс сжатия и расширения воздуха в рабочей камере дождевателя был рассмотрен по изотермическому закону. При этом не были учтены изменение давления, создаваемого переменным сдоем вода в камере "АИДА" и процесс теплообмена между воздухом, находящимся в камере дождевателя, и окружающей средой.
Цикл работы автоматического импульсного довдеватьного аппарата "АВДА" состоит из $азы накопления и фазы выстрела.
Нз-за цикличности работы автоматических импульсных дождевальных аппаратов "АВДА" в трубопроводной сети возникает неустановившееся движение вода, которое, в свою очередь, влияет на нормальную работу этих аппаратов.
Поэтому разработка теории и методик расчета нестационарных и переходных гидравлических процессов в трубопроводных системах с "АВДА" является актуальной необходимостью для внедрения их в ; эксплуатацию.
Цель исследований. Основной целью работы является разработка теории, методик расчета, алгоритма и программы расчета на ЭВМ нестационарных и переходных гидравлических процессов в трубопроводных сетях, оборудованных дождевателями "АИДА" при различном их расположении в сети, для численного исследования влияния этих аппаратов на гидравлические характеристики сети и оптимизации их . совместной работы.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи исследований:
- разработка теории, методик и алгоритма расчета нестационар
ных и переходных гидравлических процессов в трубопроводных сетях,
оборудованных дождевателями "АИДА" при их различном расположении
в сети с различными граничными условиями, с учетом процесса теплообмена между воздухом в рабочей камере и окружающей средой и других факторов;
составление программы расчета на ЭВМ нестационарных и переходных гидравлических процессов в трубопроводных сетях с дождевателями "АИДА";
проведение численных экспериментов на ЭВМ при различных начальных и граничных условиях для различных схем трубопроводных сетей;
рассмотрение взаимного влияния дождевателей "АИДА" и их влияние на гидравлические характеристики сети с целью оптимизации их совместной работы.
Научная новизна и практическая ценность. В представленной работе автором впервые разработаны теория, методики, алгоритм и программа расчета и проведены численные эксперименты по исследованию на ЭВМ нестационарных и переходных гидравлических процессов в трубопроводных сетях, оборудованных автоматическими импульсными дождевальными аппаратами при их различном расположении на сети, с различными граничными условиями, с учетом процесса теплообмена между воздухом, находящимся в рабочей камере "АИДА", и окружающей средой, с учетом изменения глубины воды в рабочей камере "АИДА" и других факторов.
Предлагаемые методы расчета трубопроводных сетей с автоматическими импульсными дождевальными аппаратами "АИДА" и программные средства, разработанные на их основе, могут быть использованы для .гидравлического расчета оросительных систем, оснащенных импульсны-'ми дождевателями различных конструкций, работающими на этом принципе.
Предложенные теория, методики, алгоритм и програти расчета на ЭВМ нестационарных и переходных гидравлических процессов в трубопроводных системах, оборудованных "АВДА", позволяют обеспечить многовариантность при выборе параметров импульсного дождевателя при проектировании систем с "ЛИДА" и повысить надежность и безаварийную эксплуатацию этих систем.
Достоверность результатов базируется на применении ранее неоднократно экспериментально проверенных уравнении неустановившегося напорного движения жидкости, корректном решении этих уравнений широко распространенным и многократно апробированным методом характеристик, а также на совпадении экспериментальных данных предшественников с данными численных экспериментов, полученных нами на ЭВМ.
Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в 8 статьях и доложены на XXXI научной конференции профессорско-преподавательского состава инженерного факультета Российского университета Дружбы Народов в 1995 г. и на научно-технических конфорои-циях МГУП (1995...1997 гг.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы и приложений. Список литературы включает 117 наименований авторов на русском языке и 23 наименования авторов на английском языке. Работа содержит 133 страницы машинописного текста, 49 рисунков (35 страниц), 3 таблицы (14 страниц) и приложения (12 страниц).