EFFECT OF THE NOZZLE JET DIAMETER ON ARTIFICIAL RAIN STRUCTURE IN MULTITOWER SPRINKLING MACHINES
Authors: Черных А. Г. 
Published: September 2024

Современные дождеватели, использующиеся в качестве источников искусственного дождя при работе многоопорных дождевальных машин кругового движения, имеют в своей конструкции систему демпфирования (регулятор давления). Регулятор позволяет обеспечить требуемую величину давления на его выходе, независимо от изменений давления на его входе из-за гидравлических условий, перепадов высот и технологических схем подачи воды на орошаемую площадь. При постоянной величине давления объемный расход воды через форсунку, соединенную с регулятором с помощью резьбового соединения, будет пропорционален квадрату диаметра ее сопла. Учитывая, что величина расхода для дождевателей с цилиндрическим соплом напрямую влияет на объемные геометрические и энергетические характеристики искусственного дождя, то корреляция производной от расхода связанной с диаметром струи воды на выходе форсунки с указанными характеристиками требует проведения соответствующих теоретических и практических исследований. Цель исследования заключается в формализации математического описания, показывающего влияние диаметра струи форсунки на геометрию осредненных по диаметру сферических капель, двигающихся по баллистической траектории с кромки вращающегося дефлектора в окружающее его воздушное облако. При определении объемных величин расхода воды на выходе сопла использовалась формула расхода из теоремы Торричелли, преобразованная для практических расчетов с использованием каталожных данных параметров дождевателей фирмы Nelson серии 3000. Данный тип дождевателей рассматривался в качестве объекта исследования с привязкой их работы к основному трубопроводу широкозахватной дождевальной машины кругового действия фирмы T-L Irrigation company. Предложенная математическая модель расчета расхода воды на выходе форсунки и адаптированная методика определения капли среднего диаметра в воздушном сферическом облаке, окружающем дождеватель, позволяет спрогнозировать высоту полива в плоскости орошения единичного дождевателя, а также их группы с учетом расположения на трубопроводе машины.
Modern sprinklers used as sources of artificial rain during the operation of multitower circular sprinkling machines have a damping system (pressure regulator) in their design. The regulator allows you to provide the required amount of pressure at its outlet, regardless of changes in pressure at its inlet due to hydraulic conditions, height differences and technological schemes for supplying water to the irrigated area. At a constant pressure value, the volumetric flow rate of water through the nozzle connected to the regulator by means of a threaded connection will be proportional to the square of the diameter of its nozzle. Considering that the flow rate for sprinklers with a cylindrical nozzle directly affects the volumetric geometric and energy characteristics of artificial rain, the correlation of the derivative of the flow rate associated with the diameter of the water jet at the outlet of the nozzle with these characteristics requires appropriate theoretical and practical studies. The purpose of the study is to formalize a mathematical description showing the effect of the nozzle jet diameter on the geometry of diameter-averaged spherical droplets moving along a ballistic trajectory from the edge of a rotating deflector into the surrounding air cloud. When determining the volumetric values of water flow at the nozzle outlet, the flow formula from Torricelli's theorem was used, converted for practical calculations using catalog data of parameters of Nelson 3000 series sprinklers. This type of sprinklers was considered as an object of research with their operation tied to the main pipeline of a wide-reach circular sprinkler machine from the T-L Irrigation company. The proposed mathematical model for calculating the water flow rate at the nozzle outlet and an adapted method for determining a drop of average diameter in an air spherical cloud surrounding the sprinkler makes it possible to predict the height of irrigation in the irrigation plane of both a single sprinkler and a group of sprinklers, taking into account the location on the machine pipeline.