CC BY
9
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 631.347:631.674.4
DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-25
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ТРУБЧАТЫХ УВЛАЖНИТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
HYDRAULIC PARAMETERS OF TUBULAR HUMIDIFIERS OF DIFFERENT DESIGNS
А. Д. Ахмедов, доктор технических наук, профессор A. D. Akhmedov
Волгоградский государственный аграрный университет
Volgograd State Agrarian University
В настоящее время особенности применения внутрипочвенного орошения, а также его гидравлический режим работы зависят от множества факторов, таких как напор в голове увлажнителя, время полива, расход воды, уклон местности и т.п. В связи с этим нами при проведении исследования были проанализированы три типа конструкций увлажнителей, определены конструктивные особенности увлажнителей. В зависимости от величины напора приведены размеры и площади контуров увлажнения. Установлено, что применение экрана при оптимальном напоре 0,5-0,6 м позволяет увеличить расстояние до 1,4-1,5 м между увлажнителями и увеличить площадь смоченного контура в 1,3-1,7 раза. При определении качественных и количественных характеристик распределения воды как в продольном, так и в поперечном направлении с применением внутрипочвенного орошения необходимо определить пьезометрический напор. Для обеспечения равномерного распределения влаги по длине увлажнителя по результатам проведенных опытов установлено, что напор в голове увлажнителя равняется 0,5- 0,7 м. При этом уклон рельефа местности должен быть в пределах от 0,0014 до 0,007, а длина увлажнителя не может быть более 125 м. Следовательно, анализируя и принимая во внимание полученные данные, мы получили формулу (8), связывающую время от начала полива с удельным расходом и напором в голове увлажнителя. Данная формула до появления установившихся расходов имеет следующую область применения: по времени T = 10340 мин. и по напору H = 0,1-0,7 м. Кроме того, изучение закономерностей влияния пьезометрических кривых по длине увлажнителей проводилось путем сравнения полученных опытных данных по показателям пьезометров с теоретическими потерями, вычисленными на основе формул Г. А. Петрова и И. М. Коновалова. Гидравлический расчет по формуле Г.А. Петрова (при i = 0,012-0,016) можно считать удовлетворительным при длине увлажнителей в пределах 100-120 м, так как при анализе теоретических и опытных данных изменения линии пьезометрических напоров установлено, что при длине более 120 м происходит их резкий подъем.
Currently, the features of the application of subsoil irrigation, as well as its hydrau-lic mode of operation, depend on many factors, such as: pressure in the head of the humid-ifier, watering time, water flow, terrain slope, etc. In this regard, during the study, we ana-lyzed three types of humidifier designs, determined the design features of humidifiers. Depending on the pressure, the sizes and areas of the humidification circuits are given. It has been established that the use of a screen with an optimal pressure of 0,5-0,6 m makes it possible to increase the distance to 1,4-1,5 m between the humidifiers and to increase the area of the wetted circuit by 1,3-1,7 times. In determining the qualitative and quantitative characteristics of the distribution of water, both in the longitudinal and transverse di-rections using intra-soil irrigation, it is necessary to determine the piezometric pressure. To ensure a uniform distribution of moisture along the length of the humidifier according to the results of the experiments, it was found that the pressure in the head of the humidifier is 0,5-0,7 m. In this case, the slope of the terrain should be in the aisles from 0,0014 to 0,007, and the length of the humidifier cannot be more than 125 m. Therefore, analyzing and taking into account the data obtained, we obtained formula (8), which relates the time from the start of irrigation, the specific consumption and pressure in the head of the hu-midifier. This formula before the establishment of fixed costs has the following scope: in time T = 10-340 min. and pressure H = 0,1-0,7 m. In addition, the study of the patterns of influence of piezometric curves along the length of the humidifiers was carried out by comparing the obtained experimental data on the performance of piezometers with theo-retical losses calculated
Дата поступления в редакцию 08.07.2019 Received 08.07.2019
Дата принятия к печати 10.11.2019 Submitted 10.11.2019
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
on the basis of G.A. Petrova and I.M. Konovalova. Hydraulic cal-culation according to the formula G.A. Petrova (at i = 0,012-0,016) can be considered sat-isfactory when the length of the humidifiers is in the range of 100-120 m, since when ana-lyzing the theoretical and experimental data, changes in the line of piezometric heads es-tablished that at a length of more than 120 m, their sharp rise.
Ключевые слова: внутрипочвенное орошение, время полива, контур увлажнения, пьезометрический напор, напор в голове увлажнителя, типы увлажнителя, удельный расход воды.
Key words: subsurface irrigation, irrigation time, humidification circuit, piezometric pressure, pressure in the head of the humidifier, type of humidifier, specific water con-sumption.
Цитирование. Ахмедов А. Д. Гидравлические параметры трубчатых увлажнителей различных конструкций. Известия НВ АУК. 2019. 4(56). 204-215. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-25. Citation. Akhmedov A. D. Hydraulic parameters of tubular humidifiers of different designs.Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp.2019. 4(56). 204-215 (in Russian). DOI: 10.32786/20719485-2019-04-25.
Введение. В настоящее время изучение результатов различных исследований подтверждает, что одним из ресурсосберегающих способов полива является внутрипочвенное орошение. Данный способ полива способствует полной автоматизации процесса полива, управлению, в первую очередь, водным режимом почвы, повышению качественных и количественных показателей урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме этого, внутрипочвенное орошение в значительной степени позволяет экономить водные, материальные, энергетические, трудовые ресурсы, снижает засоренности почв сорняками, количество заболеваемости растений и т.п. [1, 6, 7, 9, 10, 12].
Исследованиями гидравлики внутрипочвенных увлажнителей занимались многие авторы. Уже накоплен достаточно объемный материал теоретических и в особенности экспериментальных разработок. Но единого мнения в вопросах гидравлического расчета увлажнителей все еще нет.
Например, в работах М. С. Григорова приводится сравнение различных конструкций труб-увлажнителей: керамических, гончарных, полиэтиленовых траншей с пористым заполнителем. Сделан вывод, что для подпочвенного орошения наиболее подходящими являются полиэтиленовые трубы, так как они устойчивы к коррозии, достаточно эластичны, устойчивы к резкому изменению температуры. Значительная длина труб (до 250 м) и их гибкость позволяют производить скоростное строительство. Кроме того, получается значительная экономия на транспортных перевозках, т.к. полиэтиленовые трубы в 6-7 раз легче гончарных [4].
В работе В. И. Бобченко приведены результаты исследования различных факторов на послойное распределение воды в почве при внутрипочвенном орошении, а также по определению исходных данных для расчета длины внутрипочвенных увлажнителей.
По вопросу послойного распределения воды в почве указывается, что лучшее увлажнение пахотного горизонта наблюдается в почвах с хорошо выраженными капиллярными свойствами и небольшой водопроницаемостью.
Принцип расчета длины увлажнителей основан на создании при поливе достаточно равномерного распределения напоров по длине.
Такие условия имеют место при соблюдении соотношения:
L = Q, (1)
q
где L - длина увлажнителя, м; Qн - поливная струя, л/с, при данном уклоне, сечении и шероховатости увлажнителя; q, - удельный расход на впитывание в увлажнителе, л/с на 1 м при намечаемом напоре.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Поливная струя рассчитывается по формуле Шези при допущении, что пьезометрический уклон равен геодезическому уклону увлажнителя и расход равномерно отделяется по пути.
Удельный расход на впитывание должен определяться экспериментально для увлажнителей данной конструкции в данных почвенных условиях при типичной пред-поливной влажности.
Постановка задачи о выборе длины труб-увлажнителей в данном случае возражений не вызывает, однако для практического применения такой метод вряд ли может быть удобен, т.к. экспериментальное определение удельных расходов на впитывание для каждого расчетного случая будет затруднительным и не исключает возможной ошибки. Теоретического или эмпирического решения автор не предлагает. Также неясным остается, каким образом определить величину «поливов струи», чтобы увязать ее с расстоянием между трубами-увлажнителями, а значит, и с требуемыми расходами на впитывание воды в почву.
В исследованиях М. В. Николаева указывается, что расстояние между внутри-почвенными увлажнителями принимается равным 1,0-2,5 м в зависимости от капиллярных свойств механического состава почв, а на среднесуглинистых и супесчаных почвах это расстояние можно принимать 1,25 м. Эти исследования проводились на Московской опытно-исследовательской станции ВНИИГиМ, где в течение ряда лет ис-пытывались различные способы орошения сточными водами. Несмотря на некоторую специфику орошения сточными водами, гидравлический расчет внутрипочвенных труб-увлажнителей остается примерно таким же, как и при орошении чистой водой. За исходную величину для расчета системы внутрипочвенного орошения автор принимает впитывание воды в почву из внутрипочвенных труб-увлажнителей в единицу времени.
Суммируя результаты исследований Крымской опытно-мелиоративной станции, Укргипроводхоза и других, предлагается принимать длину увлажнителей в пределах 100-150 м при диаметре 4-5 см, независимо от конструкции увлажнителя и его уклона.
Далее предлагается следующий ход расчета. Средний геодезический уклон увлажнителя приравнивается к пьезометрическому. Тогда уклон увлажнителя будет:
I = ^, (2)
I
где i - уклон увлажнителя; ^ - потери напора по длине увлажнителя; I - длина увлажнителя.
Величина потерь напора по длине увлажнителя вычисляется по формуле Г. А. Петрова:
I 2( l «„ 1
К = ч- -г-^ , (3)
^ 3К 2gю )
где q - расход воды в начале увлажнителя; 1 - длина увлажнителя; К - модуль расхода; К = ос4я, а0 - коэффициент распределения скоростей (а0=1,035); ю - площадь сечения
1 1
увлажнителя; q - ускорение силы тяжести; С - коэффициент Шези, С = — Я6; п -коэффициент
п
шероховатости; R - гидравлический радиус.
Предлагаемый гидравлический расчет труб-увлажнителей не может удовлетворить проектировщиков систем внутрипочвенного орошения по следующим причинам. Впитывание воды в почву зависит от конструкции труб-увлажнителей, от формы и размеров водовыпускных отверстий от расстояния между последними. Конкретных данных по опре-
206
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
делению всех этих параметров не приводится. Кроме того, определение предельных длин труб-увлажнителей должно быть неразрывно связано с равномерностью увлажнения почвы, уклонами увлажнителей, их конструкцией. В то же время автор рекомендует принимать определенную длину увлажнителей на основании своих экспериментальных данных.
Одной из последних вышедших работ является кандидатская диссертация В. И. Канардова, в которой сделана попытка осветить основные стороны расчета трубчатых полиэтиленовых увлажнителей малого диаметра на системах внутрипочвенного орошения сточными водами. Автор правильно поставил задачу расчета основных параметров труб-увлажнителей, хотя некоторые моменты и представляются спорными.
В. И. Канардов предлагает уравнение для вычисления ординат пьезометрической линии в любой точке увлажнителя с учетом геометрического положения его оси и подпора в конце:
нх = Ь- + ^zx +^, (4)
7 7
Рх
где —- - ордината пьезометрического напора в начальный момент полива, вычисляемая по
7
формулам движения жидкости с переменной массой; —- - приращение ординат за счет под-
7
пора, возникшего в конце увлажнителя; А2Х - разность геометрических высот положения оси увлажнителя.
К сожалению, автор в своей работе не указывает, каким образом можно аналитическим путем подсчитать величины — и , входящие в данную формулу, поэто-
77
му неясно, как получилась максимальная длина увлажнителей малого диаметра - 120130 м. Непонятно также, как был выбран максимальный уклон увлажнителей (0,008).
Теоретически обоснованных зависимостей по этим вопросам в работе нет. В Самго-ри (Грузия) была проведена работа, в которой в полевых условиях исследовались полиэтиленовые внутрипочвенные увлажнители диаметрами 50, 32, 25, 16, 12 и 8 мм. Трубопроводы закладывались строго горизонтально на глубину 0,5 м при расстояниях между ними в 2,0 м. Водовыпускные отверстия были расположены через 1,0 м по длине увлажнителя.
Основной целью исследований было определение потерь напора по длине увлажнителей. Экспериментально потери напора определялись по обычным пьезометрам. Полученные результаты сравнивались с решениями, полученными из уравнений Г. А. Петрова для пьезометрической линии и потерь напора по длине при движении жидкости с переменным расходом, когда транзитный расход отсутствует:
р - р- = а
7 к1
2 ( ,,2 ,„3 Л „ -о 2
х х
х--+ —
V е у
«002 (о х 1 х
2--1-; (5)
ga2 V еУ е
h = ±2-
л2 ( 2 3 Л л2 { \
О*2 х , х «00» и х 1х
х--+
3е2 у
2ga2 V еУе
2--1-, (6)
Р - Р
где —-— - разность пьезометрических давлений в начальном и любом сечении на расстоя-
7
нии Х от начального; К - модуль расхода; ^ - потери по длине; g - ускорение силы тяжести, Q - расход, раздаваемый по пути, равный gl; а0 - коэффициент кориолиса; ю - площадь поперечного сечения трубы.
е
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Для определения коэффициента Шези вычислялся коэффициент сопротивления по формуле Ф. А. Шевелева:
Я
0,01344
d
0,226
.0,226
V
(7)
где dp - внутренний диаметр трубопровода; V - скорость течения воды в трубопроводе.
Авторы работы отмечают, что, согласно опытам, в пределах расходов, требующихся для увлажнения почвы, степень неравномерности раздачи удельных расходов существенно зависит от диаметра и длины увлажнителя.
Как видно, в перечисленных работах нет единого мнения по вопросу о выборе длин и уклонов увлажнителей, поэтому нами была предпринята попытка обосновать теоретически решение этой задачи.
В результате полученных полевых данных установлено, что поступление воды в почвенном профиле и ее дальнейшее распределение из внутрипочвенных увлажнителей, в основном определяются величиной пьезометрического напора и конструкцией увлажнителей [2, 3, 5, 8, 11].
Учитывая вышеизложенное, целью наших работ является исследование и выбор гидравлических параметров трубчатых увлажнителей различных конструкций.
Материалы и методы. Почвы опытного участка располагаются на левом берегу р. Ахтубы в северной части Волго-Ахтубинской поймы. Почвами опытного участка являются аллювиальные луговые легкосуглинистые почвы. Содержание гумуса невысокое: в слое 0-0,4 м в среднем составляет 0,86-0,88 %, а наименьшая влагоемкость -19,27 % массы сухой почвы, опытный участок не засолен: рН=7,8.
40 мы/ 40 шш
III тип 1 III -type .6
Рисунок 1 - Типы конструкций увлажнителей: 1 - гончарная трубка; 2 - муфта; 3 - противофильтрационный экран; 4 - полиэтиленовый экран; 5 - полиэтиленовая труба; 6 - перфорация
Figure 1 - Types of humidifier designs: 1 - pottery tube; 2 - coupling; 3 - anti-filtration screen; 4 - polyethylene screen; 5 - polyethylene pipe; 6-perforation
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
В ходе исследований были изучены три типа конструкции увлажнителей (рисунок 1):
1) трубы соединены муфтами шириной 0,1 м, изготовленными из полиэтиленовой пленки;
2) увлажнитель выполнен из гончарных труб с внутренним диаметром 50 мм, длиной 333 мм, стыки их не изолированы, трубы уложены вплотную друг к другу;
3) увлажнитель выполнен из полиэтиленовых труб с внутренним диаметром 40 мм, состоящих из перфорированных (перфорация шаг 0,15 м и отверстий диаметром 1,5 мм) и неперфорированных участков.
В зависимости от гранулометрического состава и фильтрационных свойств почв, а также для обеспечения оптимального режима увлажнения предусмотрена минимальная 0,5 м глубина закладки труб внутрипочвенного орошения. Для устранения заиления увлажнителей над ними устроен экран из полиэтиленовой пленки шириной 0,20-0,25 м, а для снижения в нижние слои почвы фильтрации поливной воды предусмотрен экран шириной 0,25-0,30 м под увлажнителями. При этом происходит увеличение размеров контура увлажнения, и в связи с этим увеличивается расстояния между увлажнителями на 0,25-0,30 м.
Все увлажнители выполнены длиной 125 м, уклоном 0,002 и на конце были заглушены пробками.
При изучении динамики пьезометрических напоров по длине увлажнителей было установлено семь пьезометров. Первый и последний пьезометр установлен в 2,5 м от головы и концевой части увлажнителя, а остальные через каждые 20 м от головы увлажнителя. Величина пьезометрического напора отмерялась от оси увлажнителя, и по пьезометрам отсчеты брали через каждые 10 мин., а затем - через 30 мин. до появления постоянного расхода [1, 2, 3].
Результаты и обсуждение. Пьезометрический напор при поступлении и распределении влаги в почве является главным фактором. Поэтому при изучении расходов воды в зависимости от напора в голове увлажнителя они поддерживались в пределах от 0,1 до 0,7 м. Опыт проводился на опытно-полевой установке. В течение опыта в первое время идет более интенсивное увеличение контура увлажнения. Этот процесс продолжается до сих пор, пока коэффициент впитывания не достигает постоянной величины. После этого в горизонтальном (вверх) направлении увеличение площади контура увлажнения прекращается. При дальнейшем продолжении полива в основном под действием сил гравитации идет увеличение площади контура увлажнения вертикально вниз.
В таблице 1 в зависимости от величины напора конструктивных особенностей увлажнителей и время наблюдения приведены основные размеры и площади контуров увлажнения.
Анализ полученных данных показывает, что площадь смоченного контура во II типе конструкции увлажнителя в среднем больше на 0,04-0,08 м2 и меньше на 0,05-0,13 м2 по сравнению с I и III типами конструкции соответственно. Поэтому при равных напорах использование III типа конструкции увлажнителей позволяет увеличить размер контура увлажнения как в горизонтальном направлениях (Д.), так и вертикальном вверх (Дв).
Таким образом, применение экрана при оптимальном напоре 0,5-0,6 м позволяет увеличить расстояние до 1,4-1,5 м между увлажнителями и увеличить площадь смоченного контура в 1,3-1,7 раза.
Анализ полученных данных дает основание утверждать о том, что способы распределения влаги в почву при внутрипочвенном орошении незначительно влияют на форму контура увлажнения, которой этот процесс в наших исследованиях независимо происходил через стыки гончарных трубок и через перфорированную полиэтиленовую трубу.
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Таблица 1 - Размеры контуров увлажнения
Table 1 - T ie sizes of the contours of the moisture
Размеры контура увлажнения, м / Dimensions of
Время наблю- H, м the humidification circuit, m S, м2 /
дения time of Дв, M / Дг, M / area S,
observation Н, m loop dampening in the loop dampening in the hor- m2
vertical up (DV), m izontal directions (Dg), m
Тип увлажнителя I / Humidifier type I
1 0,60 0,46 1,31 1,59
2 0,60 0,50 1,44 2,01
1 0,50 0,41 1,00 1,25
2 0,50 0,50 1,39 2,38
1 0,30 0,34 0,94 1,06
2 0,30 0,41 1,11 2,15
1 0,20 0,38 0,91 0,79
2 0,20 0,45 1,03 1,27
Тип увлажнителя II / Type humidifier II
1 0,60 0,47 1,37 1,63
2 0,60 0,50 1,48 2,09
1 0,50 0,42 1,05 1,29
2 0,50 0,50 1,43 2,41
1 0,30 0,35 0,97 1,12
2 0,30 0,43 1,16 2,19
1 0,20 0,39 0,94 0,84
2 0,20 0,45 1,08 1,33
Тип увлажнителя III / Humidifier type III
1 0,60 0,49 1,52 1,68
2 0,60 0,52 1,71 2,14
1 0,50 0,44 1,09 1,35
2 0,50 0,50 1,48 2,54
1 0,30 0,36 0,99 1,18
2 0,30 0,47 1,25 2,32
1 0,20 0,40 0,96 0,96
2 0,20 0,49 1,47 1,53
Примечание: 1 - после окончания полива; 2 - через 18 ч / Note: 1 - after watering; 2 - after 18 hours
Данные наблюдений за динамикой пьезометрических напоров в увлажнителях из гончарной трубы представлены в таблице 2.
В напорном резервуаре (П0) при проведении исследований отклонение составило не более 0,008 м, а величина пьезометрического напора постоянно поддерживалась на уровне в среднем 0,5 м.
Анализ полученных данных показывает, что в течение 10 мин. проведения полива увлажнитель работает не по всей длине, а через 20 мин. работы увлажнителя зафиксированы появление воды в последнем пьезометре с напором 0,009 м, т.е. в этом створе увлажнитель работал неполным сечением. При этом линии пьезометрических напоров имели средний уклон 0,0053 и 0,0036 соответственно. После 30 мин. работы увлажнителя отмечено появление между 5-м и 7-м пьезометрами обратного уклона величиной 0,0005, т.е. наблюдается некоторый подпор в конце увлажнителя. По истечении через 40 и 60 мин. работы увлажнителя наблюдалось распространение обратного уклона между 6-7-м и 5-7-м пьезометрами величиной до 0,0053 и 0,0029 соответственно.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Далее после 90 мин. отмечен провал линии пьезометрических напоров в 5-м створе с обратными уклонами между 1-5-м и 5-7-м пьезометром соответственно 0,0032 и 0,0044.
Таблица 2 - Распределение пьезометрических напоров по длине внутрипочвенных увлажнителей из гончарных труб
Table 2 - The distribution of piezometric heads _along the length of in-soil humidifiers from pottery pipes_
Время наблюдения от начала полива, мин / Time of observation from the beginning of watering, minutes Пьез ометрический напор на пьезометрах, Piezometric head in the piezometer, m м /
П0 P0 П1 P1 П2 P2 П3 P3 П4 P4 П5 P5 П6 P6 П7 P7
10 0,507 0,429 0,258 0,088 0,024 0,002 - -
20 0,501 0,447 0,281 0,162 0,100 0,155 0,026 0,009
30 0,497 0,456 0,229 0,195 0,155 0,110 0,078 0,087
40 0,508 0,467 0,362 0,224 0,183 0,143 0,111 0,216
60 0,500 0,478 0,413 0,282 0,254 0,210 0,108 0,328
90 0,493 0,480 0,428 0,348 0,357 0,337 0,347 0,404
120 0,502 0,479 0,439 0,381 0,392 0,395 0,414 0,423
180 0,499 0,480 0,430 0,389 0,393 0,403 0,411 0,452
240 0,500 0,481 0,434 0,388 0,407 0,401 0,413 0,491
300 0,503 0,481 0,431 0,389 0,406 0,408 0,419 0,502
360 0,499 0,480 0,433 0,389 0,409 0,406 0,418 0,501
В дальнейшем по окончании 120 мин. работы увлажнителя наблюдалась некоторая стабилизация пьезометрических напоров. Между 5-м и 7-м пьезометром величина обратного уклона пьезометрической линии увеличилась до 0,0049.
Полная стабилизация пьезометрических напоров наблюдалась после 240-300 мин. от начала полива с незначительными колебаниями. Следовательно, кривая имела прогиб в 5-м створе с уклонами 0,0031 (с 1 по 6 пьезометры) и 0,0068 (с 5-го по 7-й пьезометры).
Учитывая вышеизложенное, анализируя и обобщая полученные данные, мы вывели общее уравнение, связывающее между собой удельный расход, время от начала полива и напор в голове увлажнителя:
Q = 0,0031Н + 4,508 Т-0,967. (8)
Область применения данной зависимости ограничивается появлением установившихся расходов по времени (Т = 10-340 мин) и по напору (Н = 0,1-0,7 м).
Пользуясь уравнением (8), можно за любой промежуток времени при различных напорах подсчитать подачу оросительной воды, определить расчетный расход воды в увлажнителе, делать интерполяцию и экстраполяцию.
Учитывая вышеизложенное, можно отметить, что в основу гидравлического расчета увлажнителей положена теория движения жидкости с переменным расходом. Изучение закономерностей влияния пьезометрических кривых по длине увлажнителей проводились путем сравнения полученных опытных данных по показателям пьезометров с теоретическими потерями, вычисленными на основе формул Г. А. Петрова и И. М. Коновалова. В основные уравнения этих авторов дополнительно были введены разности геодезических отметок, так как в опытах увлажнители копировали рельеф местности.
Тогда расчетные зависимости можно представлять в следующем виде:
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Но - Hl Но - Hl
1 )-(Zo-ZI);
2gd g v Vn J v 0 u'
№ 4 (56) 2019
(9)
- - - - (10)
2да 2д у ' ^ 4 у
где Н0и Н— пьезометрические напоры, м; Х0 и - разность геодезических отметок длятрубо-провода в начальном сечении и на расстоянии /;Ут, Уп- соответственно транзитной, путевой расчетные скорости движения жидкости в трубопроводе, м/с; d - внутренний диаметр увлажнителя, мм; У - средняя по живому сечению скорость течения, м/с;^ - коэффициента сопротивления трения по длине; g - ускорение силы тяжести, м2/с.
При этом расчетные зависимости транзитной, путевой скорости движения жидкости соответственно в трубопроводе можно представлять в виде:
V =
со
V = ^
* п ,
со
(11) (12)
где Qт, Qп - соответственно транзитный, путевой расход воды в трубопроводе, л/с; ю - площадь поперечного сечения увлажнителя, м2.
При наличии транзитного расхода расчетную скорость с достаточной степенью точности можно вычислить по формуле:
(13)
Vp = VT + 0,55 • Vn.
Движение жидкости в трубопроводах характеризуется числом Рейнольдса. При значениях числа Рейнольдса Re > 2000-2400 имеем турбулентный режим, в случае Re < 2000-2400 - ламинарный. В данных условиях имеем турбулентный режим, то есть значение числа Рейнольдса больше, чем 2400 (таблице 3).
Таблица 3 - Определение потерь напора в трубчатом увлажнителе
(тип увлажнителя I)
Table 3 - Determination of pressure losses in a tubular humidifier
_(the type of humidifier I)_
Показатель indicator Расстояния от головы увлажнителя, м/номер сечения / Distance from humidifier head, m/section number
0 - 20 / I 20 - 40 / II 40 - 60 / III 60 - 80 / VI 80 - 100/V
QT • 10-6, м3/с m3/s 312 249,6 187,2 124,8 62,4
Qn • 10-6, м3/с m3/s 62,4 124,8 187,2 249,6 312
Vt • 10-4, м/с m/s 1591 1273 955 636 318
Vn • 10-4, м/с m/s 318 636 954 1272 1591
VT2 • 10-5, м/с m/s 2531 1620 912 404 101
Vn2 • 10-5, м/с m/s 101 404 912 1620 2531
Vp • 10-4, м/с m/s 1766 1623 1479 1335 976
10-5, м/с m/s 3118 2634 2042 1782 952
Re 8027 7377 6722 6068 4436
A/10-4 405 409 414 419 438
Ah, м 0,025 0,05 0,055 0,06 0,04
Для труб круглого сечения числа Рейнольдса будет равно:
я« = ^ (14)
где Ур - коэффициент кинематической вязкости жидкости, при t = 16С, 10-6 м2/с.
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: № 4 2019
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Зная характер движения жидкости, определив числа Рейнольдса, находим значения коэффициента сопротивления трения по формуле А. Д. Альтшуля (исходя из отно-
К
шения <500, увлажнитель работает в переходной зоне):
X = 0,11(Кэ+ -)0'25, (15)
где Кэ - эквивалентная разнозернистая абсолютная шероховатость, мм; Кэ=0,5 среднее значение для гончарных трубок.
Приведем пример гидравлического расчета потерь по длине трубопровода. Для данных условий расходы, подаваемые в увлажнители, равнялись 0,34-0,27 л/спри напоре 0,6-0,3 м.
Имея расход на 1 п.м. определим по формулам путевые и транзитные расходы:
Qп = я • 1; (16)
Qтр =Qувл - Qп, (17)
где Qп - путевой расход, м3/с; Qтр - транзитный расход, проходящий через сечение, равен разности расходов в голове увлажнителя и путевым расходом, м3/с; Qувл - расход воды в голове увлажнителя, м3/с; я - удельный установившийся расход на 1п.м., м3/с.
Основной расчет по определению потерь напора в увлажнителях проводили по формуле (9) и (10) с учетом того, что вычисленные потери по слагаемым в формулах
^ у2 у ^ у2 у
0 п (2— + 1) (9) и 0 п (2—т + 1) (10) малы, ими пренебрегали исходя из критерия Я. Т.
9 уп 2д Уп
Ненько.
Расчет потерь напора сводился к упрощенной формуле Г.А. Петрова и И.М. Коновалова:
Н0 - Н = (18)
Гидравлический расчет по формуле Г. А. Петрова (при i = 0,012-0,016) можно считать удовлетворительным при длине увлажнителей в пределах 100-120 м, так как при анализе теоретических и опытных данных изменения линии пьезометрических напоров установлено, что при длине более 120 м происходит их резких подъем.
Наблюдение за линией пьезометрических напоров показало, что ее положение во время полива изменяется по мере насыщения почвы влагой и со временем стабилизируется. Время стабилизации постоянной линии пьезометрических напоров зависит от предполивной влажности и происходит с установлением постоянного расхода воды на увлажнители в почву.
Заключение. На основе полученных данных можно сделать следующие выводы: 1. После 240-300 мин. от начала полива наблюдается полная стабилизация пьезометрических напоров, с незначительными колебаниями. Следовательно, эта кривая имела прогиб в 5-м створе с уклонами 0,0031 (с 1-го по 6-й пьезометры) и 0,0068 (с 5-го по 7-й пьезометры).
2. На основании экспериментальных данных нами выведено общее уравнение, связывающее между собой удельный расход, время от начала полива и напор в голове увлажнителя (формула 8). Область применения полученных зависимостей до появления установившихся расходов ограничивается по времени (Т=10-340 мин.) и по напору (Н=0,1-0,7 м).
Библиографический список
1. Ахмедов А. Д., Боровой Е. П. Научно-экспериментальное обоснование техники и технологии внутрипочвенного орошения кормовых культур в условиях Юга России: монография. Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2014. 336 с.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
2. Ахмедов А. Д. Метод определения основных параметров системы внутрипочвенного орошения // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2018. № 2(50). С. 275-283.
3. Бородычев В. В., Лытов М. Н. Алгоритм решения задач управления водным режимом почвы при орошении сельскохозяйственных культур// Мелиорация и водное хозяйство. 2015. № 1. С. 8-11.
4. Григоров М. С., Ахмедов А. Д., Григоров С. М. Техника и технология внутрипочвенного орошения при возделывании кормовых культур // Lucraristiintife. Universitattea Agrarade Statdin Moldava. Cyisinau, 2013. C. 16-21.
5. Майер А. В., Бочарников В. С., Долгополова Е. А. Разработка технических средств и метод определения интервала времени между увлажнениями в системе комбинированного орошения // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2012. № 1. С. 150-155.
6. Новиков А. Е., Ламскова М. И. Исследование потерь напора и равномерности расхода жидкостей в капельных трубопроводах // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2014. № 2. C. 203-209.
7. Овчинников А. С., Бочарников В. С., Мещеряков М. П. Методика расчёта и обоснование параметров контура увлажнения в условиях открытого и закрытого грунта // Природо-обустройство. 2012. № 4. С. 29-32.
8. Овчинников А. С., Бочарников В. С. Экспериментальные исследования гидравлических характеристик оросительных систем// Проблемы развития АПК региона. 2012. № 3(11). С. 92-96.
9. Оптимизация распределения водных ресурсов для различных уровней технической схемы Райгородской ОС / Васильев С. М. и др. // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. - Электрон. журн. Новочеркасск: РосНИИПМ, 2014. № 4(16). 12 с. - Режим доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=292&id=297.
10. Lamm F. R., Puig-Bargues J. Simple equations to estimate flushline diameter for subsurface drip irrigation systems // Trans. ASABE. 2017. Vol. 60(1). P. 185-192.
11. Lamm F. R., Rogers D. H. Longevity and performance of a subsurface drip irrigation system // Trans ASABE. 2017. Vol. 60(3). Р. 931-939.
12. Subsurface drip irrigation: Status of the technology in 2010 / Lamm F. R., Bordovsky J. P., Schwankl L. J., Grabow G. L., Enciso-Medina J., Peters R. T., Colaizzi P. D., Trooien T. P., Porter D. O. // Trans. ASABE. 2012. Vol. 55(2). P. 483-491.
Reference
1. Ahmedov A. D., Borovoj E. P. Nauchno-jeksperimental'noe obosnovanie tehniki i tehnologii vnutripochvennogo orosheniya kormovyh kul'tur v usloviyah Yuga Rossii: monografiya. Volgograd: Volgogradskij GAU, 2014. 336 p.
2. Ahmedov A. D. Metod opredeleniya osnovnyh parametrov sistemy vnutripochvennogo oro-sheniya // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee profession-al'noe obrazovanie. 2018. № 2(50). P. 275-283.
3. Borodychev V. V., Lytov M. N. Algoritm resheniya zadach upravleniya vodnym rezhimom pochvy pri oroshenii sel'skohozyajstvennyh kul'tur// Melioraciya i vodnoe hozyajstvo. 2015. № 1. P. 8-11.
4. Grigorov M. S., Ahmedov A. D., Grigorov S. M. Tehnika i tehnologiya vnutripochvennogo orosheniya pri vozdelyvanii kormovyh kul'tur // Lucraristiintife. Universitattea Agrarade Statdin Moldava. Cyisinau, 2013. P. 16-21.
5. Majer A. V., Bocharnikov V. S., Dolgopolova E. A. Razrabotka tehnicheskih sredstv i metod opredeleniya intervala vremeni mezhdu uvlazhneniyami v sisteme kombinirovannogo oro-sheniya // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee profession-al'noe obrazovanie. 2012. № 1. P. 150-155.
6. Novikov A. E., Lamskova M. I. Issledovanie poter' napora i ravnomernosti rasxoda zhidkostej v kapel'nyh truboprovodah // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. 2014. № 2. P. 203-209.
7. Ovchinnikov A. S., Bocharnikov V. S., Mescheryakov M. P. Metodika raschjota i obosnovanie parametrov kontura uvlazhneniya v usloviyah otkrytogo i zakrytogo grunta // Prirodoobustrojst-vo. 2012. № 4. P. 29-32.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
8. Ovchinnikov A. S., Bocharnikov V. S. }ksperimental'nye issledovaniya gidravlicheskih harakteristik orositel'nyh sistem// Problemy razvitiya APK regiona. 2012. № 3(11). P. 92-96.
9. Optimizaciya raspredeleniya vodnyh resursov dlya razlichnyh urovnej tehnicheskoj sxemy Rajgorodskoj OS / Vasil'ev S. M. i dr. // Nauchnyj zhurnal Rossijskogo NII problem melioracii. - Jel-ektron. zhurn. Novocherkassk: RosNIIPM, 2014. № 4(16). 12 p. - Rezhim dostupa: http://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=292&id=297.
10. Lamm F. R., Puig-Bargues J. Simple equations to estimate flushline diameter for subsurface drip irrigation systems // Trans. ASABE. 2017. Vol. 60(1). P. 185-192.
11. Lamm F. R., Rogers D. H. Longevity and performance of a subsurface drip irrigation system // Trans ASABE. 2017. Vol. 60(3). Р. 931-939.
12. Subsurface drip irrigation: Status of the technology in 2010 / Lamm F. R., Bordovsky J. P., Schwankl L. J., Grabow G. L., Enciso-Medina J., Peters R. T., Colaizzi P. D., Trooien T. P., Porter D. O. // Trans. ASABE. 2012. Vol. 55(2). P. 483-491.
Информация об авторе
Ахмедов Аскар Джангир оглы, профессор ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (РФ, 400002, г. Волгоград, пр-т Университетский, д. 26), доктор технических наук, профессор, [email protected]
УДК: 579.62:636.4 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-26
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ПАТОГЕННЫХ МАРКЕРОВ СВИНОГО БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА
STUDY OF THE DISTRIBUTION OF THE PROBABILITY DENSITY OF PATHOGENIC MARKERS OF LIQUID PIG MANURE
Н. В. Бышов1, доктор технических наук, профессор Н. В. Лимаренко2, кандидат технических наук И. А. Успенский1, доктор технических наук, профессор С.Д. Фомин3, доктор технических наук, профессор М.Н. Чаткин4, доктор технических наук, профессор И. А. Юхин1, доктор технических наук, доцент
N. V. Byshov1, N. V. Limarenko2, I. A. Uspensky1, S. D. Fomin3, M. N. Chatkin4, I. A. Yukhin1
1ФГБОУ ВО Рязанский агротехнологический университет имени П.А. Костычева 2ФГБОУ ВО Донской государственный технический университет 3ФГБОУ ВО Волгоградский государственный аграрный университет 4ФГБОУ ВО Национальный исследовательский Мордовский государственный
университет им. Н. П. Огарёва
1Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» 2Federal State Budget Educational Institution of Higher Education
«Don State Technical University» 3Federal State Budget Educational Institution of Higher Education
«Volgograd State Agrarian University» 4Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «National Research Mordovia State University named after N.P. Ogarev»
Дата поступления в редакцию 17.07.2019 Дата принятия к печати 15.10.2020
Received 17.07.2019 Submitted 15.10.2020
Наиболее перспективным способом содержания животных с технологической и экологической точек зрения является бесподстилочное, отходами которого является бесподстилочный навоз. Концентрация биогенных веществ в свином бесподстилочном навозе составляет для общего азота Nобщ = 4.. .6 кг/м3, для аммиачного, аммонийного, органического азота NH4 = 3.. .6 кг/м3,
