شبیه سازی، ساخت و ارزیابی یک آبپاش نرخ متغیر

یکی از چالش های جهان امروز، بحران کم آبی است و برای حل این مشکل کشور های مختلف باید منابع آب خود را به بهترین نحو مدیریت کنند. فعالیت های انسانی در حوزه های آبخیز و تغییرات نامناسب کاربری و الگو های کشت و از طرفی افزایش جمعیت و افزایش تقاضای آب، منابع آب را در چند دهه اخیر به شدت محدود نموده و از عمده ترین دلایل بروز و تشدید خشکسالی می باشند. با توجه به لزوم توسعه بخش کشاوری به عنوان بخش تأمین کننده غذای جامعه، بهره گیری از روش های مدرن آبیاری و توجه به بهره-وری هر واحد آب مصرفی در کشاورزی بیش از پیش ملموس گردیده است. آبیاری بارانی از جمله روش های آبیاری تحت فشار است که به دلیل توزیع یکنواخت تر آب در سطح مزرعه نسبت به روش های آبیاری سطحی، بازده و کارایی مصرف آب را افزایش داده و هزینه کارگری را کاهش می دهد. کشاورزی دقیق به عنوان شاخه ای جدید از کشاورزی مطرح شده است و اساس آن بر مبنای کاربرد نهاده ها به صورت خاص مکانی بنا نهاده شده است، تا بتوان متناسب با نیاز موجود و شرایط خاک و گیاه اقدام به مصرف نهاده ها نمود. از جمله این نهاده ها آب می باشد که به دلیل افزایش سطح زیر کشت از یک طرف و کاهش نزولات آسمانی و منابع آب زیر زمینی از طرف دیگر، بسیار محدود می باشد. بر این اساس در کشاورزی دقیق استفاده بهینه از منابع آبی بر اساس راهبرد آبیاری نرخ متغیر مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلی از انجام این تحقیق طراحی و ساخت یک آبپاش هوشمند نرخ متغیر در سامانه آبیاری بارانی کلاسیک ثابت بود. به این منظور طرح اولیه آبپاش پیشنهادی شامل یک پلانجر کنترل کننده جریان و فشار با استفاده از نرم افزار fluent 6.2 شبیه سازی شد. سپس نقشه اصلی آبپاش تهیه و برای ساخت طی سه مرحله ساخت مدل، ریخته گری و تراشکاری فرستاده شد. به منظور ارزیابی مزرعه ای آبپاش سامانه تأمین فشار و دبی اجراشد. آزمایش نحوه کار آبپاش ساخته شده در سه سطح فشار و سه موقعیت قرار گیری پلانجر (d1، d2 و d3 به ترتیب از کمترین به بزرگترین سطح مقطع عبور آب از قسمت داخلی آبپاش) و سه قطر نازل انجام و شاخص های عملکردی آبپاش اندازه گیری شدند. نرم افزار تغییرات دبی در اثر تغییرات فشار، قطر نازل و موقعیت پلانجر را به خوبی شبیه سازی کرد. نتایج شبیه سازی برای فشار و دبی خروجی در قطر نازل 8 میلی متر، به نتایج حاصل از ارزیابی آبپاش نزدیک تر بود. مطابق نتایج شبیه سازی برای فشار و دبی خروجی، نرم افزار fluent در موقعیت پلانجر d3 کارایی بهتری داشت. با افزایش فشار آب و بزرگ شدن مقطع عبور آب با جابجایی پلانجر، دبی خروجی آبپاش یک روند صعودی نشان داد. همچنین شدت پخش و ضریب آبپاش با افزایش فشار روندی نزولی داشت. در ارزیابی مزرعه ای آبپاش، نازل 8 میلی متر با فشار 6 اتمسفر و در موقعیت پلانجر d2، بیشترین قطر پاشش آب، نازل 8 میلی متر در موقعیت d3 بیشترین فشار در سر آبپاش و نازل 12 میلی متر در موقعیت d2 و فشار 6 اتمسفر بیشترین میزان دبی را نشان داد. ارزیابی مزرعه ای آبپاش نشان داد که آبپاش نرخ متغیر ساخته شده توانایی تغییر دبی در اثر تغییرات موقعیت پلانجر را دارد. در شبیه سازی آبپاش در آرایش های مربعی و مثلثی، موقعیت پلانجر d3 بیشترین مقادیر cu و du را به خود اختصاص داد. در آرایش مربعی در فاصله 23×23 متر بهترین یکنواختی ها حاصل شد. در آرایش مثلثی در نازل 10 میلی متر، در فشار 6 اتمسفر و موقعیت پلانجر d2 یکنواختی 84% در فاصله 30×30 متر هم پوشانی 40% بدست آمد.