Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Jalil Razavi najafabadi,Jafar Ghaisari,Mahdi Gheysari
سیدجلیل رضوی نجف ابادی (استاد راهنما) جعفر قیصری (استاد مشاور) مهدی قیصری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hanie Roshan
هانیه روشن

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Simulation, Fabrication and Evaluation of a Variable Rate Sprinkler
Water crisis is a challenge in today world, which requires different countries to manage water sources in an efficient way. Human activities in watersheds, inappropriate applications and crop pattern changes besides population and water demand growth, has severely limited water sources in recent decades, being one of the major factors for advent and increment of drought. Regarding the necessity of agriculture development as the food supplying section of the society, the use of modern and water efficient irrigation systems is essential. Sprinkler irrigation is one of the pressurized irrigation methods which increases water consumption efficiency along with reduction of labor cost due to more uniform distribution of water across the field. Precision farming is a new branch of agriculture based on the site-specific use of inputs, according to soil, plant and microorganism needs. One of the inputs for agricultural production is water which is getting more and more limited because of cultivated area increase from one hand and decrease of rainfall and underground water levels from the other hand. Thus, the efficient use of water sources based on the variable rate irrigation is considered to be a basic approach of precision farming. The main purpose of this study was to design and fabricate an intelligent variable flow sprinkler, applicable in solid set sprinkler irrigation system with removable sprinkler. The preliminary drawing of the proposed sprinkler was simulated based on the dimensions of available sprinklers using Fluent software. The actual sprinkler was then fabricated and field evaluated. To measure performance parameters of the sprinkler, it was evaluated at three pressure levels, three plunger positions and three diameters of nozzle opening. The software could properly simulate flow variations resulted from different pressures, plunger positions and nozzle diameters. Simulation results of outlet flow and pressure for the 8 mm nozzle were more compatible with those of sprinkler field evaluation. According to the obtained results of outlet flow and pressure, plunger position of D3 was introduced to be the best status. The sprinkler outlet flow rate indicated an ascending trend as water pressure increased and the cross section of water extended as a result of plunger displacement. However, the sprinkler coefficient (Kd) and distribution intensity (I) decreased as the pressure increased. In field evaluation of the sprinkler, the 8 mm nozzle together with plunger position of D2 and the pressure of 6 bars presented the longest sprinkling diameter. The least pressure drop on the nozzle head was observed with 8 mm nozzle in D3 position of plunger. With 12 mm nozzle and plunger position of D2 at water pressure of 6 bar the maximum flow rate was reached. It was also revealed that the variable rate sprinkler could effectively vary the flow rate through different plunger displacements. Simulating the sprinkler in rectangular and triangle arrangements, plunger position D3 indicated the highest Du and Cu values. The best uniformity was observed in 23×23 m distance of sprinklers in rectangular arrangement. In triangle arrangement test with a 10 mm nozzle, pressure of 6 bars and plunger position of D3 uniformity and overlap (in 30×30 m distance of sprinklers) were 84% and 40%, respectively. Keywords : variable rate sprinkler, precision farming, irrigation, simulation
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 یکنواخت‌تر آب در سطح مزرعه نسبت به روش های آبیاری سطحی، بازده و کارایی مصرف آب را افزایش داده و هزینه کارگری را کاهش می‌دهد. کشاورزی دقیق به عنوان شاخه‌ای 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 می‌باشد که به دلیل افزایش سطح زیر کشت از یک طرف و کاهش نزولات آسمانی و منابع آب زیر زمینی از طرف دیگر، بسیار محدود می‌باشد. 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 مزرعه‌ای 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. نرم‌افزار تغییرات دبی در اثر تغییرات فشار، قطر نازل و موقعیت پلانجر را به خوبی شبیه‌ سازی کرد. نتایج شبیه‌سازی برای فشار و دبی خروجی در قطر نازل 8 میلی‌متر، به نتایج حاصل از ارزیابی آبپاش نزدیک‌تر 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 میلی‌متر با فشار 6 اتمسفر و در موقعیت پلانجر D2، بیشترین قطر پاشش آب، نازل 8 میلی‌متر در موقعیت D3 بیشترین فشار در سر آبپاش و نازل 12 میلی‌متر در موقعیت D2 و فشار 6 اتمسفر بیشترین میزان دبی را نشان داد. ارزیابی مزرعه‌ای 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 میلی‌متر، در فشار 6 اتمسفر و موقعیت پلانجر D2 یکنواختی 84% در فاصله 30×30 متر هم‌پوشانی 40% بدست آمد. واژه های کلیدی: آبپاش نرخ متغیر، کشاورزی دقیق، آبیاری، شبیه‌ سازی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی