Критериальное уравнение подобия для определения диаметра капель искусственного дождя

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.

орошение, искусственный полив, дождевание, оросительная техника, дождевальная насадка, диаметр капель, критериальное уравнение, критерии подобия, теорема подобия

1. Исаев, А. П. Гидравлика дождевальных машин / А. П. Исаев. - М. : Машиностроение, 1973. - 215 с.

2. Беляев, В. В. Дождевальные машины. Конструкции, расчет, эксплуатация и испытания / В. В. Беляев, Б. М. Ле-бедев. - М. : Машгиз, 1957. - 232 с.

3. Лебедев, Б. М. Дождевальные машины: теория и конструкции / Б. М. Лебедев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1977. - 246 с.

4. Губер, К. В. Дождевальные машины и их применение / К. В. Губер. - М. : Россельхозиздат, 1975. - 70 с.

5. Фокин, Б. П. Современные проблемы применения многоопорных дождевальных машин / Б. П. Фокин, А. К. Носов. - Ставрополь : [б. и.], 2011. - 80 с.

6. 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/10.13031/2013.29140

7. DeBoer, 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)

8. 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/10.13031/2013.27568

9. Шахрай, 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.

10. 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.

11. 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/10.13031/2013.28278

12. Simulating 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/2014123-5507

13. Initial 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.1943-4774.0000573

14. Дашков, 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.

15. Прандтль, Л. Гидроаэромеханика / Л. Прандтль ; пер. со 2-го нем. изд. Г. А. Вольперта. - М. : Изд-во иностр. лит., 1949. - 520 с.

16. Handbook of atomization and sprays: theory and applications / ed. N. Ashgriz. - New York : Springer, 2011. - 935 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7264-4

17. Кравцов, А. М. Дождевальная насадка с регулируемыми гидравлическими параметрами / А. М. Кравцов, Д. С. Шахрай, С. С. Попко // Агропанорама. - 2017. - № 5. - С. 9-15.

18. Обоснование параметров искусственного дождя / Ю. А. Шекихачев [и др.] // Науч. журн. КубГАУ - 2014. - № 99 (05). - С. 650-659.

19. 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/b97538

20. Кирпичев, М. В. Теория подобия / М. В. Кирпичев ; отв. ред. М. А. Михеев. - М. : Изд-во АН СССР, 1953. - 95 с.

21. Ногид, Л. М. Теория подобия и размерностей / Л. М. Ногид ; науч. ред. М. Ф. Федосов. - Л. : Судпромгиз, 1959. - 95 с.

22. 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.19360160611

23. Рублев, 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.

24. Многоопорные дождевальные машины / С. Х. Гусейн-заде [и др.]. - М. : Колос, 1984. - 191 с.