vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2019-57-2-230-237vestiag-346Research ArticleМЕХАНІЗАЦЫЯ І ЭНЕРГЕТЫКАMECHANIZATION AND POWER ENGINEERINGКритериальное уравнение подобия для определения диаметра капель искусственного дождяCriterion similarity equation for determining the drops diameter of artificial rainБасаревскийА. Н.BasarevskyA. N.

Басаревский Александр Николаевич – кандидат технических наук, доцент.

пр. Независимости, 99, 220023, Минск.

Basarevsky Alexander N. – Ph.D. (Engineering), Associate Professor.

99 Nezavisimosti Ave., Minsk 220023.

al.nik.bas@mail.ruКравцовА. М.KravtsovA. M.

Кравцов Александр Маратович – кандидат тех нических наук, доцент, доцент кафедры энергетики.

пр. Независимости, 99, 220023, Минск.

Kravtsov Alexander M. – Ph.D. (Engineering), Associate Professor. 

99 Nezavisimosti Ave., Minsk 220023.

arkravt@mail.ruШахрайД. С.ShakhraiD. S.

Шахрай Дмитрий Сергеевич – старший препо даватель кафедры моделирования и проектирования.

пр. Независимости, 99, 220023, Минск.

Shakhrai Dmitry S.

99 Nezavisimosti Ave., Minsk 220023.

dzmitry.shakhrai@mail.ruБелорусский государственный аграрный технический университет.Belarusian State Agrarian Technical University.201918052019572230237Copyright © Басаревский А.Н., Кравцов А.М., Шахрай Д.С., 20192019Басаревский А.Н., Кравцов А.М., Шахрай Д.С.Basarevsky A.N., Kravtsov A.M., Shakhrai D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/346

Разработка и внедрение в практику орошаемого земледелия водосберегающих технологий, направленных на повышение эффективности использования поливной воды, является одной из приоритетных задач при достижении гарантированных и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Изучение параметров искусственного дождя – один из ключевых моментов при проектировании дождевальной оросительной техники. Исследование процесса дождеобразования необходимо для того, чтобы избежать негативного влияния на почвенный покров и растительность, а также повысить эффективность искусственного полива, снизив при этом его энергоемкость. При этом одной из ключевых характеристик является диаметр капель, создаваемых дождеобразующими устройствами, который напрямую влияет на другие основные характеристики искусственного дождя и зависит от физико-механических свойств воды, параметров потока рабочей жидкости и геометрических параметров дождеобразующих устройств. На основании проведенных теоретических исследований получено критериальное уравнение подобия, позволяющее рассчитать диаметр капель, используя параметры, характеризующие процесс образования искусственного дождя, для прогнозирования размера капель при проектировании дождевальной техники. Определены параметры, оказывающие наибольшее влияние на диаметр капель. Установлено, что в соответствии с полученным критериальным уравнением процесс образования капель искусственного дождя можно характеризовать геометрическим критерием подобия, а также числами Онезорге и Фруда. Расчеты по предложенным формулам хорошо соотносятся с результатами экспериментов, проведенных другими авторами по данной тематике. Проведенные исследования позволят в дальнейшем значительно повысить точность определения диаметра капель для различных типов дождевальных насадок, подбирать их конструктивные параметры и параметры потока рабочей жидкости для заданных условий.

Development and implementation of water-saving technologies into irrigation agriculture aimed at increasing the efficiency of irrigation water use, is one of the priorities for achieving guaranteed and stable yields of agricultural crops. Study of parameters of artificial rain is one of the key moments in design of irrigation equipment. Research of the rain formation process is necessary in order to avoid negative effect on soil cover and vegetation, and also to increase efficiency of artificial irrigation, also reducing the power consumption. At the same time, one of the key characteristics is the diameter of drops created by rain-forming devices, which directly affects the other main characteristics of artificial rain and depends on the physical and mechanical properties of water, parameters of working fluid flow and geometric parameters of rain- forming devices. Based on the theoretical studies, a criterion similarity equation was obtained, allowing to calculate the drop diameter using parameters characterizing the process of artificial rain formation, to predict the size of drops when designing sprinkling equipment. The parameters having greatest effect on drop diameter are determined. It was revealed that, in accordance with the criterion equation obtained, the process of formation of artificial rain drops can be characterized by a geometric similarity criterion, as well as by Ohnezorge and Froude number. Calculations on the proposed formulas are well correlated with the results of other authors’ experiments. The studies conducted further allow to significantly improve the accuracy of determining the diameter of drops for various types of sprinkling nozzles, match design parameters and operating fluid flow parameters for the specified conditions.

орошениеискусственный поливдождеваниеоросительная техникадождевальная насадкадиаметр капелькритериальное уравнениекритерии подобиятеорема подобияirrigationartificial irrigationwater-saving technologiessprinklingirrigation equipmentsprinkling nozzledrop diametercriterial equationsimilarity criteriasimilarity theoremReferencesИсаев, А. П. Гидравлика дождевальных машин / А. П. Исаев. - М. : Машиностроение, 1973. - 215 с.Isaev A. P. Hydraulics of irrigation sprinklers. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1973. 215 p. (in Russian).Беляев, В. В. Дождевальные машины. Конструкции, расчет, эксплуатация и испытания / В. В. Беляев, Б. М. Ле-бедев. - М. : Машгиз, 1957. - 232 с.Belyaev V. V., Lebedev B. M. Irrigation sprinklers. Design, calculation, operation and testing. Moscow, Mashgiz Publ., 1957. 232 p. (in Russian).Лебедев, Б. М. Дождевальные машины: теория и конструкции / Б. М. Лебедев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1977. - 246 с.Lebedev B. M. Irrigation sprinklers: theory and design. 2nd ed. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1977. 246 p. (in Russian).Губер, К. В. Дождевальные машины и их применение / К. В. Губер. - М. : Россельхозиздат, 1975. - 70 с.Guber K. V. Irrigation sprinklers and their use. Moscow, Rossel’khozizdat Publ., 1975. 70 p. (in Russian).Фокин, Б. П. Современные проблемы применения многоопорных дождевальных машин / Б. П. Фокин, А. К. Носов. - Ставрополь : [б. и.], 2011. - 80 с.Fokin B. P., Nosov A. K. Modern problems of the use of multitower sprinkling machines. Stavropol, 2011. 80 p. (in Russian).Comparing methodologies for the characterization of water drops emitted by an irrigation sprinkler / C. Bautista- Capetillon [et al.] // Trans. of the ASABE. - 2009. - Vol. 52, N 5. - P. 1493-1504. https://doi.org/10.13031/2013.29140Bautista-Capetillo C. F., Salvador R., Burguete J., Montero J., Tarjuelo J. M., Zapata N., Gonzalez J., Playan E. Com-paring methodologies for the characterization of water drops emitted by an irrigation sprinkler. Transactions of the ASABE, 2009, vol. 52, no. 5, pp. 1493-1504. https://doi.org/10.13031/2013.29140DeBoer, D. W. Drop and energy characteristics of a rotating spray-plate sprinkler / D. W. DeBoer // J. of Irrigation a. Drainage Engineering. - 2002. - Vol. 128, N 3. - P. 137-146. https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9437(2002)128:3(137)DeBoer D. W. Drop and energy characteristics of a rotating spray-plate sprinkler. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2002, vol. 128, no. 3, pp. 137-146. https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9437(2002)128:3(137)Kincaid, D. C. Drop size distributions for irrigation sprinklers / D. C. Kincaid, K. H. Solomon, J. C. Oliphant // Trans. of the ASAE. - 1996. - Vol. 39, N 3. - P. 839-845. https://doi.org/10.13031/2013.27568Kincaid D. C., Solomon K. H., Oliphant J. C. Drop size distributions for irrigation sprinklers. Transactions of the ASAE, 1996, vol. 39, no. 3, pp. 839-845. https://doi.org/10.13031/2013.27568Шахрай, Д. С. Анализ характеристик искусственного дождя при проектировании дождевальных машин / Д. С. Шахрай, А. Н. Басаревский // Передовые технологии и техническое обеспечение сельскохозяйственного производства : материалы междунар. науч.-практ. конф., Минск, 30-31 марта 2017 г. / Белорус. гос. аграр.-техн. ун-т. - Минск, 2017. - С. 384-387.Shakhrai D. S., Basarevskii A. N. Analysis of artificial rain characteristics in the process of designing irrigation sprinklers. Peredovye tekhnologii i tekhnicheskoe obespechenie sel’skokhozyaistvennogo proizvodstva: materialy Mezhdu- narodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Minsk, 30-31 marta 2017 g. [Advanced technologies and technical support for agricultural production: materials of the International scientific and practical conference, Minsk, March 30-31, 2017]. Minsk, 2017, pp. 384-387 (in Russian).Обумахов, Д. Л. Допустимые технологические параметры искусственного дождя при орошении дождеванием сельскохозяйственных угодий / Д. Л. Обумахов, В. Н. Шкура, А. А. Чураев // Науч. журн. Рос. НИИ проблем мелио-рации. - 2016. - № 1 (21). - С. 60-74.Obumakhov D. L., Shkura V. N., Churaev A. A. Allowable technological parameters of artificial rain at sprinkler ir-rigation of agricultural lands. Nauchnyi zhurnal Rossiiskogo NIIproblem melioratsii = Scientific Journal of Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, 2016, no. 1 (21), pp. 60-74 (in Russian).Li, J. Droplet size distributions from different shaped sprinkler nozzles / J. Li, H. Kawano, K. Yu // Trans. of the ASAE. - 1994. - Vol. 37, N 6. - P. 1871-1878. https://doi.org/10.13031/2013.28278Li J., Kawano H., Yu K. Droplet size distributions from different shaped sprinkler nozzles. Transactions of the ASAE, 1994, vol. 37, no. 6, pp. 1871-1878. https://doi.org/10.13031/2013.28278Simulating water distribution patterns for fixed spray plate sprinkler using the ballistic theory / S. Ouazaa [et al.] // Span. J. of Agr. Research. - 2014. - Vol. 12, N 3. - P. 850-863. https://doi.org/10.5424/sjar/2014123-5507Ouazaa S., Burguete J., Paniagua M. P., Salvador R., Zapata N. Simulating water distribution patterns for fixed spray plate sprinkler using the ballistic theory. Spanish Journal of Agricultural Research, 2014, vol. 12, no. 3, pp. 850-863. https:// doi.org/10.5424/sjar/2014123-5507Initial drop velocity in a fixed spray plate sprinkler / G. Sanchez Burillo [et al.] // J. of Irrigation a. Drainage Engineering. - 2013. - Vol. 139, N 7. - P. 521-531. https://doi.org/10.1061/(asce)ir.1943-4774.0000573Sanchez Burillo G., Delirhasannia R., Playan E., Paniagua P., Latorre B., Burguete J. Initial drop velocity in a fixed spray plate sprinkler. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2013, vol. 139, no. 7, pp. 521-531. https://doi.org/10.1061/ (asce)ir.1943-4774.0000573Дашков, В. Н. Обоснование критериев эффективности применения искусственного дождевания / В. Н. Дашков, Н. Ф. Капустин, А. Н. Басаревский // Вес. Нац. акад. навук Беларуси Сер. аграр. навук. - 2006. - № 4. - С. 100-106.Dashkov V. N., Kapustin N. F., Basarevskii A. N. Substantiation of the efficiency criteria of application of artificial overhead irrigation. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya agrarnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian series, 2006, no. 4, pp. 100-106 (in Russian).Прандтль, Л. Гидроаэромеханика / Л. Прандтль ; пер. со 2-го нем. изд. Г. А. Вольперта. - М. : Изд-во иностр. лит., 1949. - 520 с.Prandtl L. Fuhrer durch die Stromungslehre. 2 Aufl. Braunschweig, Friedr. Vieweg & Sohn, 1944. 384 S. (Russ. ed.: Prandtl’ L. Gidroaeromekhanika. Moscow, Izdatel’stvo inostrannoi literatury Publ., 1949. 520 p.).Handbook of atomization and sprays: theory and applications / ed. N. Ashgriz. - New York : Springer, 2011. - 935 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7264-4N. Ashgriz (ed.). Handbook of atomization and sprays: theory and applications. New York, Springer, 2011. 935 p. Doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7264-4Кравцов, А. М. Дождевальная насадка с регулируемыми гидравлическими параметрами / А. М. Кравцов, Д. С. Шахрай, С. С. Попко // Агропанорама. - 2017. - № 5. - С. 9-15.Kravtsov A. M., Shakhrai D. S., Popko S. S. Sprinkler nozzle with adjustable hydraulic parameters. Agropanorama [Agropanorama], 2017, no. 5, pp. 9-15 (in Russian).Обоснование параметров искусственного дождя / Ю. А. Шекихачев [и др.] // Науч. журн. КубГАУ - 2014. - № 99 (05). - С. 650-659.Shekikhachev Yu. A., Shomakhov L. A., Pazova T. Kh., Balkarov R. A., Aloev V. Z., Shekikhacheva L. Z., Medov- nik A. N., Tverdokhlebov S. A. Substantiation of the parameters of artificial rain. Nauchnyi zhurnal KubGAU = Scientific Journal of KubSAU, 2014, no. 99 (05), pp. 650-659 (in Russian).Prandtl’s essentials of fluid mechanics / ed. H. Oertel. - 2nd ed. - New York : Springer-Verlag, 2004. - 723 p. - (Applied Mathematical Sciences ; vol. 158). https://doi.org/10.1007/b97538Oertel H. (ed.). Prandtl’s essentials of fluid mechanics. 2nd ed. Applied Mathematical Sciences. Vol. 158. New York, Springer-Verlag, 2004. 723 p. https://doi.org/10.1007/b97538Кирпичев, М. В. Теория подобия / М. В. Кирпичев ; отв. ред. М. А. Михеев. - М. : Изд-во АН СССР, 1953. - 95 с.Kirpichev M. V., Mikheev M. A. (ed.). Similarity theory. Moscow, Publishing house of the USSR Academy of Sciences, 1953. 95 p. (in Russian).Ногид, Л. М. Теория подобия и размерностей / Л. М. Ногид ; науч. ред. М. Ф. Федосов. - Л. : Судпромгиз, 1959. - 95 с.Nogid L. M., Fedosov M. F. (ed.). Theory of similarity and dimension. Leningrad, Sudpromgiz Publ., 1959. 95 p. (in Russian).Ohnesorge, W. von. Die Bildung von Tropfen an Dusen und die Auflosung flussiger Strahlen / W. von Ohnesorge // Ztschr. Angew. Mathematik u. Mechanik. - 1936. - Bd. 16, H. 6. - S. 355-358. https://doi.org/10.1002/zamm.19360160611Ohnesorge W. von. Formation of drops by nozzles and the breakup of liquid jets. Zeitschrift fur Angewandte Mathe- matik und Mechanik = Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 1936, vol. 16, no. 6, pp. 355-358 (in German). https:// doi.org/10.1002/zamm.19360160611Рублев, В. Расчет траектории движения капли жидкости в газовом потоке с учетом ее деформации / В. Рублев, В. Логинов // Системи обробки шформацп. - 2007. - № 1 (59). - С. 128-129.Rublev V., Loginov V. Calculation of motion trajectory of liquid drop in a gas stream taking into account its deforma-tion. Sistemi obrobki informatsii = Information Processing Systems, 2007, no. 1 (59), pp. 128-129 (in Russian).Многоопорные дождевальные машины / С. Х. Гусейн-заде [и др.]. - М. : Колос, 1984. - 191 с.Gusein-zade S. Kh., Pereverzentsev L. A., Kovalenko V. I., Lutskii V. G. Multiple sprinkler systems. Moscow, Kolos Publ., 1984. 191 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.