Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu, ứng dụng dòng phun rối xoáy trong hệ thống thiết bị tưới phun

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu, ứng dụng dòng phun rối xoáy trong hệ thống thiết bị tưới phun nhằm nghiên cứu dòng phun rối xoáy chuyển động dừng, được phun ra từ đầu phun tạo xoáy vào môi trường không khí; nghiên cứu xây dựng mô hình lý thuyết, mô hình thực nghiệm và ứng dụng; so sánh đánh giá kết quả nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm của các tác ...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ TUYỂN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG DÒNG PHUN RỐI XOÁY TRONG HỆ THỐNG THIẾT BỊ TƯỚI PHUN TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2013 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Tp.HCM Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Thanh Nam Đại học Quốc gia Tp.HCM PGS TS Trần Thị Hồng Đại học Quốc gia Tp.HCM Phản biện 1: PGS TS Mai Đức Thành Phản biện 2: PGS TS Trần Thiên Phúc Phản biện 3: TS Dương Thái Công Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường Họp tại: Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM Vào lúc: ………… giờ, ngày …… tháng …… năm 2013 Có thể tìm luận án tại: Thư viện Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Tp.HCM MỞ ĐẦU Kỹ thuật tưới phun phương pháp tưới sử dụng nước hợp lý, tiết kiệm nước lượng, giúp nâng cao hiệu kinh tế, tăng suất lao động tăng suất trồng Nghiên cứu ứng dụng dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun vấn đề mang tính thời có ý nghĩa thực tiễn Tuy nhiên, việc nghiên cứu cách có hệ thống dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun vấn đề bỏ ngỏ Do đó, mơ hình hóa dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun đánh giá ảnh hưởng dao động rối xoáy tới đặc trưng dịng chảy nhu cầu thực tế cần thiết, đặc biệt điều kiện mà vấn đề tiết kiệm nước lượng vấn đề thời  Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, ứng dụng dịng phun rối xốy hệ thống thiết bị tưới phun  Đối tượng nghiên cứu  Dịng phun rối xốy hệ thống thiết bị tưới phun  Tác động hiệu ứng xoáy tới dòng phun  Phạm vi nghiên cứu  Dòng phun rối xoáy chuyển động dừng, phun từ đầu phun tạo xốy vào mơi trường khơng khí  Nghiên cứu xây dựng mơ hình lý thuyết, mơ hình thực nghiệm ứng dụng  So sánh đánh giá kết nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm tác giả khác kết nghiên cứu thực nghiệm thân;  Ứng dụng kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm vào tính tốn, thiết kế hệ thống tưới phun cho mơ hình cụ thể, đánh giá hiệu mơ hình  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Dịng phun rối xốy tốn đặc biệt dịng chảy rối, dịng phun có đặc trưng thủy lực đặc biệt có ý nghĩa khoa học Về mặt lý thuyết, nghiên cứu dịng phun rối xốy giúp phát triển mơ hình dịng phun rối xốy hệ thống thiết bị tưới phun phương diện trao đổi chất thông qua phương trình nồng độ, qua khép kín mơ hình tốn dịng phun  Việc xác định hiệu ứng xoáy phù hợp hệ thống tưới phun giúp làm tăng bán kính phun độ đồng tưới phun, đồng thời đảm bảo tối ưu chi phí lượng; tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo đầu phun ứng dụng hệ thống tưới phun Qua cho thấy, dịng phun rối xốy có khả ứng dụng thực tiễn để nâng cao hiệu hệ thống tưới phun  Việc ứng dụng dịng phun rối xốy hệ thống tưới phun giúp nâng cao hiệu tiết kiệm nước lượng, trì độ ẩm cho trồng… TỔNG QUAN, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CÚU 1.1 Kỹ thuật tưới phun dòng phun rối xoáy 1.1.1 Kỹ thuật tưới phun Tưới phun phương pháp tưới cung cấp nước cho trồng dạng hạt mưa hạt sương rơi diện tích nhỏ xung quanh gốc trồng thiết bị gọi máy phun mưa Nguyên tắc phương pháp đưa lượng nước hạn chế tập trung vào vùng rễ thông qua hệ thống máy bơm, ống dẫn nước đầu phun để tạo thành mưa cục tưới cho loại trồng [1] 1.1.2 Chuyển động rối Chuyển động lưu chất tồn hai trạng thái chuyển động tầng chuyển động rối Ở trạng thái chuyển động tầng, dịng chảy hình thành lớp lưu chất song song với nhau, trượt theo quy luật định Còn trạng thái chuyển động rối, phần tử lưu chất chuyển động hỗn loạn khơng thể đốn trước đường chúng Đồng thời với chuyển động dọc theo phương dòng chảy, phần tử lưu chất thực dao động theo phương ngang 1.1.3 Dòng phun rối xốy Dịng phun rối xốy tạo ứng dụng chuyển động xoắn, tượng phức tạp xuất dòng rối, thêm vào trình xốy làm phân tán, lắng đọng theo hạt (giọt lỏng, bọt khí) Trong kỹ thuật, dịng phun rối xốy hình thành ba phương pháp bản:  Nhờ rãnh dẫn hướng (rãnh tạo xoáy hay cánh tạo xoáy) đầu phun  Tạo ống dẫn trực tiếp vào đầu phun theo phương chiều trục phương tiếp tuyến  Đầu phun quay trực tiếp để tạo xốy 1.2 Tình hình nghiên cứu giới nước 1.2.1 Kỹ thuật tưới phun Trong vài chục năm qua kỹ thuật công nghệ tưới tiết kiệm nước, có cơng nghệ tưới phun khơng ngừng phát triển, hồn thiện áp dụng rộng rãi nhiều nơi, cho nhiều loại trồng, điều kiện khác Hiện nay, quốc gia giới nhiều áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước, đặc biệt kỹ thuật tưới phun [2] Đối với Việt Nam, cơng nghệ tưới phun cịn mẻ Từ năm 1993, công nghệ tưới phun bắt đầu nghiên cứu chủ yếu thực nghiệm sở sản xuất Việc ứng dụng hiệu ứng xoáy kỹ thuật tưới phun nhằm mục đích: cho tầm phun mưa rộng, tăng hiệu sử dụng nước; phân bố lượng mưa đồng đều, giúp trồng đất đai hấp thụ cách triệt để, đặc biệt trồng cao cấp nhà kính hay vườn ươm; ngồi khả tưới làm mát cho trồng, cải tạo vi khí hậu 1.2.2 Mơ hình rối Các cơng trình nghiên cứu từ trước tới mơ hình rối cho thấy, có nhiều mơ hình rối xây dựng ứng dụng nghiên cứu, mơ hình có ưu điểm mặt hạn chế riêng nhằm phục vụ cho loại dòng chảy rối định Vì vậy, việc ứng dụng mơ hình rối để xây dựng hồn thiện mơ hình tốn cho dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun hướng nghiên cứu đề tài 1.2.3 Dòng phun xoáy Để biểu diễn mức độ xoáy ảnh hưởng xoáy, kỹ thuật sử dụng đại lượng hệ số cường độ xốy S, đại lượng không thứ nguyên đặc trưng cho dòng chảy Qua nghiên cứu thực nghiệm xác định được, mức độ xoáy phụ thuộc vào tỷ số vận tốc theo phương tiếp tuyến vận tốc theo w phương dọc trục S  Còn thiết bị tạo xoáy, mối quan u hệ hệ số cường độ xốy góc nghiêng rãnh tạo xốy thể qua cơng thức: S  tg [8] Nhìn chung, hầu hết nghiên cứu dịng phun xốy tập trung vào ứng dụng buồng đốt công nghiệp nhằm làm tăng q trình hịa trộn nhiên liệu khơng khí, tạo ổn định cho q trình cháy làm buồng đốt Việc nghiên cứu ứng dụng dịng phun xốy hệ thống thiết bị tưới phun đề tài cần quan tâm, xem xét 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.3.1 Những vấn đề cần giải  Bổ sung phương trình nồng độ phù hợp với mơ hình rối để khép kín hệ phương trình tốn  Lựa chọn phương pháp giải hệ phương trình tốn phương pháp mơ số có độ xác thích hợp thực đơn giản  Nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng kết lý thuyết để thiết kế hệ thống tưới phun mưa chế tạo đầu phun tạo xoáy 1.3.2 Nội dung nghiên cứu  Bổ sung phương trình nồng độ cho mơ hình, qua khép kín mơ hình tốn biểu diễn dịng phun  Mơ số số thơng số vật lý, thơng số kích thước hình học dịng phun với hệ số xốy khác phục vụ cho việc tính tốn thiết kế hệ thống tưới phun  Nghiên cứu thực nghiệm, kiểm chứng thơng số vật lý, thơng số kích thước hình học mơ hình số xác định hệ số xốy phù hợp hệ thống thiết bị tưới phun  Tính tốn, thiết kế hệ thống tưới phun mưa sử dụng đầu phun tạo xoáy, bao gồm việc chế tạo đầu phun có rãnh tạo xốy ứng dụng số đơn vị nhằm đánh giá hiệu hệ thống tưới phun 1.4 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án bao gồm: phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp mô số, phương pháp chế tạo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ DỊNG PHUN RỐI XỐY TRONG KỸ THUẬT TƯỚI PHUN 2.1 Hệ phương trình biểu diễn dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun 2.1.1 Đặt vấn đề Hệ phương trình tốn bao gồm phương trình: liên tục, bảo tồn động lượng, trao đổi chất phương trình mơ hình rối 2.1.2 Khai triển phương trình mơ hình tốn  ru   rv    0  x   r  (2.1)  u     u     u  p  u  g u   v     r t     t    x   r  x   x  r r   r   x  (2.2) v w2  v   v     v     v  p  t     t  u   v    r t       r r  x   r  x   x  r r   r   r (2.3) w vw  w   w     w     w  u    v   t  x   r r  r t  r    t r  r  r  x     x     (2.4)  C   C     t  C    v t  C   C  u   v     Sc  x   r r  r Sc  r   u s  x   x   r  x         (2.5)  k   k     t u   v      x   r  x   k (2.6)  k     t    r  x  r r   k       t       t    u   v        r  x   r  x     x  r r     k     Pk    r   2    (2.7)    C 1 Pk  C  k k  r  Như vậy, hệ phương trình tốn biểu diễn dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun gồm phương trình vi phân (2.1)  (2.7) với ẩn số cần xác định u, v, w, p, C, k  2.2 Phương pháp giải hệ phương trình dịng phun rối xốy 2.2.1 Lựa chọn phương pháp giải Đối với toán học lưu chất phương pháp khối hữu hạn tỏ thích hợp Vì vậy, luận án sử dụng phương pháp khối hữu hạn để giải hệ phương tốn 2.2.2 Biến đổi hệ phương trình tốn dạng tổng qt Để giải hệ phương trình tốn phương pháp khối hữu hạn, phương trình (2.1)  (2.7) biến đổi dạng tổng quát dạng phương trình hàm dịng [34] Sau biến đổi xếp lại ta có:              r  r     r   x  x   r  r  r                         r t    r t            x  r    r  x  x   x  r   r          w     t  t  x r r              w     w  r t  r t  w   w         x  r    r  x  x   x  r   r          w     t w   0  r  x  r             r t  C    rv t  C  C     C         x  r    r  x  x  Sc  x  r  Sc  r           C   ru s  0  x  (2.8) (2.9) (2.10) (2.11)             r t  k    r t  k     k   k          x  r    r  x  x   k  x  r   k  r  (2.12)      rPk  r              r t      r t                    x  r    r  x  x     x  r     r      (2.13)  2  rC 1 Pk  rC  0 k k Như vậy, hệ phương trình tốn lúc cịn phương trình với ẩn số , , w, C, k ; hai biến u v liên hệ với biến  qua công thức (2.14), (2.15) biến p liên hệ với biến w qua công thức (2.16): u  r r (2.14)  r x (2.15) p w  r r (2.16) v Các phương trình (2.8)  (2.13) biến đổi đưa dạng tổng quát để giải phương pháp khối hữu hạn [34]:             c       c    a        b    b    d   (2.17) x  r  r   x  r  r  x  x  đối lưu (convection) khuếch tán (diffusion) nguồn (source)   , , w, C, k hay  a, b, c, d  hệ số có liên hệ với biến  2.2.3 Phương pháp khối hữu hạn giải hệ phương trình tốn Phương trình tổng qt (2.17) giải phương pháp khối hữu hạn Trình tự thực qua bước:  Bước Tạo lưới  Bước Tích phân thể tích kiểm sốt  Bước Rời rạc hóa phương trình tích phân a) b) Hình 3.2 Cấu tạo đầu phun tạo xốy: a) Hình dạng chung; b) Bản vẽ lắp Ống nối chuyển bậc 21 – 17; 2, Vòng đệm cao su; Bộ phận tạo xốy; Đầu vịi phun Hình 3.3 Mặt sơ đồ bố trí thực nghiệm Kết thực nghiệm đo đạc thông số kỹ thuật dòng phun phân bố cường độ mưa ứng với hệ số xoáy (S = 0; 0,2; 0,4; 0,7 1,2) trình bày bảng PL2.1  PL2.38 (phụ lục 2) 11 3.2 Kiểm chứng mơ hình số Qua so sánh hai kết lý thuyết thực nghiệm góc phun, bán kính dịng phun lưu lượng dòng phun nhận thấy, biên dạng đường đồ thị tương đồng, tổng sai số trung bình sau tính tốn 4,95%; 7,08% 5,09% 3.3 Xác định hệ số xốy có hiệu mơ hình thực nghiệm Qua đồ thị biểu diễn quan hệ chiều rộng dòng phun, lưu lượng dịng phun, độ thơ hạt mưa, phân bố cường độ mưa độ đồng tưới phun với hệ số xoáy; đồng thời, qua nghiên cứu phân tích mối quan hệ thơng số kỹ thuật dịng phun hệ số xốy cho thấy, hệ số xốy có hiệu mơ hình thực nghiệm nằm khoảng S = 0,7  1,2 cho bán kính dịng phun lớn nhất, lưu lượng dòng phun ổn định đặc biệt đạt độ đồng tưới cao 3.4 Quy hoạch thực nghiệm 3.4.1 Lựa chọn thông số thực nghiệm  Các thông số đầu vào gồm: X1 – đường kính vịi phun [mm]; X2 – hệ số xốy X3 – lưu lượng tưới [l/ph]  Các thông số đầu ra: Y1 – bán kính tưới phun [m]; Y2 – độ đồng [%] Y3 - chi phí điện [kWh/m2] Q trình tưới phun thể qua tốn hộp đen mơ tả hình 3.4 3.4.2 Kết thực nghiệm Xuất phát từ mục đích nội dung nghiên cứu xây dựng bốn toán tối ưu:  Bài toán Hàm mục tiêu: Y1  max, hay: 12 Hình 3.4 Hộp đen mơ tả q trình nghiên cứu Y1 = 1,83632  0,266431X1  0,0857037X + 0,0746205X + 0,306339X1 + 0,0875X1 X  0,263913X + 0,0675X X + 0,332856X  max Hàm điều kiện: +1,68179  Xi  1,68179  Bài toán Hàm mục tiêu: Y2  max, hay: Y2 = 41,516  5,99529X + 1,94473X + 1,72073X + 6,88751X  + 1,9625X X + 5,96827X + 1,5375X X + 7,50624X  max Hàm điều kiện: +1,68179  Xi  1,68179  Bài toán Hàm mục tiêu: Y3  min, hay: Y3 = 3,35367  0,4858X + 0,155931X + 0,13869X + 0,556165X   0,055X X + 0,16X X + 0,483686X + 0,125X X + 0,60743X   Bài toán Hàm mục tiêu: Y3 = 3,35367  0,4858X + 0,155931X + 0,13869X + 0,556165X   0,055X X + 0,16X X + 0,483686X + 0,125X X + 0,60743X  Hàm điều kiện: Y1 = 1,83632 - 0,266431X  0,0857037X + 0,0746205X + 0,306339X + 0,0875X X  0,263913X + 0,0675X X + 0,332856X  R  2 Y2 = 41,516  5,99529X + 1,94473X + 1,72073X + 6,88751X  + 1,9625X X + 5,96827X + 1,5375X X + 7,50624X  C U  +1,68179  Xi  1,68179 Kết giải toán tối ưu xác định thông số tối ưu sau:  Đường kính vịi phun d = 3,5mm  Hệ số xoáy S = 0,8  Lưu lượng tưới Q = 6,8l/ph 13 3.5 Nhận xét So sánh kết kiểm chứng mơ hình số kết đo đạc thực nghiệm với điều kiện biên tương tự thơng số dịng phun góc phun, chiều rộng lưu lượng dịng phun cho thấy phù hợp nhau, biến thiên thông số tương đồng, giá trị chúng khác biệt lớn nằm giới hạn cho phép Điều thể kết đo đạc thực nghiệm kết tính tốn mơ số đáng tin cậy Kết nghiên cứu thực nghiệm mối quan hệ hệ số xoáy với thơng số dịng phun cho thấy rằng, hiệu ứng xốy có ảnh hưởng trực tiếp tới thơng số dịng phun, đặc biệt góc phun, cường độ phân bố mưa độ đồng tưới Khi hệ số xoáy cao S  0,4 đặc biệt hệ số xoáy nằm khoảng S = 0,7  1,2 cho tầm phun mưa rộng, độ thô hạt mưa nhỏ cho hiệu sử dụng nước cao nhất, lượng mưa phân bố đồng từ tâm vòi phun tới tầm phun xa Đồng thời, qua quy hoạch thực nghiệm giải tốn tối ưu, xác định thơng số tối ưu trình tưới phun (d = 3,5mm; S = 0,8; Q = 6,8l/ph), điều cho phép khẳng định kết thực nghiệm kết tính tốn mơ hồn tồn phù hợp Tóm lại, từ kết thực nghiệm thiết kế, chế tạo đầu phun tạo xoáy phục vụ cho mơ hình thực nghiệm, từ cho phép kiểm chứng số thơng số mơ hình số xây dựng xác định hệ số xoáy có hiệu tiêu chí sử dụng nước lượng hệ thống thiết bị tưới phun ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI PHUN 4.1 Tính tốn thiết kế mơ hình 4.1.1 Lựa chọn bố trí đầu phun 14 Để phủ hết diện tích vùng tưới với lưu lượng nhỏ bán kính đầu phun phải phủ lên nhau, nên sử dụng hai loại đầu phun có đường kính lỗ vịi d = 4mm d = 3mm Sơ đồ bố trí đầu phun đường ống giới thiệu hình 4.1 Bể chứa nước ngầm 300m3 Bơm 16m 25m Van 34 16m Lô Lô Ống 34 4,5m 2,25m Van 27 Đầu phun (8 cái) Ống nhánh 27 5,2m Ống nhánh 27 Ống đứng 21 (8 đoạn) Lô Lô 0,5m 1,5m 3m Hình 4.1 Sơ đồ bố trí đầu phun đường ống 4.1.2 Tính lưu lượng đầu phun lưu lượng đoạn ống Giá trị lưu lượng dòng chảy đoạn ống liệt kê bảng 4.1 4.1.3 Xác định đường kính đoạn ống Trong mơ hình thiết kế có ba loại đường ống chọn (hình 4.1):  Đường ống cấp I có đường kính 27mm, chiều dài 57m 15  Đường ống nhánh cấp II có 21mm, chiều dài 29,9m  Đường ống nhánh cấp III có 17mm, chiều dài 3,2m 4.1.4 Xác định vận tốc dòng chảy đoạn ống Giá trị vận tốc dòng chảy đoạn ống liệt kê bảng 4.1 4.1.5 Xác định tổn thất đường ống Tổn thất cột áp hwd cho đoạn ống mô tả bảng 4.1 Bảng 4.1 Tổng tổn thất cột áp đường ống Đoạn tính L [m] A-B 25 B-C 16 C-D 16 D-5 2,25 5-6 4,5 6-F 5,2 F-8 2,5 Tổng tổn thất D [m] 0,027 0,027 0,021 0,021 0,017 0,017 0,017 Thông số Q v [m /s] [m/s] 0,556.10-3 1,0205 0,556.10-3 1,0205 0,278.10-3 0,8435 0,278.10-3 0,8435 0,210.10-3 0,9258 0,122.10-3 0,5642 0,061.10-3 0,2821 K [m3/s] 8,46.10-3 8,46.10-3 8,46.10-3 8,46.10-3 8,46.10-3 8,46.10-3 8,46.10-3 hwd [mH2O] 0,1191 0,0762 0,0191 0,0027 0,0028 0,0012 0,0001 0,2212 4.1.6 Xác định chiều cao đặt bơm chọn bơm Sau tính tốn, chọn bơm ly tâm có ký hiệu 1DK15 chế tạo liền với động điện có thơng số kỹ thuật: N = 370W; n = 2900vg/ph; U = 220V; f = 50Hz; Q = 40l/ph Hh = 4mH2O; Hđ = 8mH2O 4.2 Đánh giá hiệu mơ hình thiết kế 4.2.1 Kết ứng dụng Để đánh giá kết ứng dụng mơ hình hệ thống tưới phun, thực nghiệm sử dụng đầu phun 098 để so sánh tiêu phân bố cường độ mưa (hình 4.2) Thực nghiệm tiến hành 16 điều kiện nhau: đường kính lỗ vịi d = 4mm áp lực phun p = 2,0bar So sánh hai kết nhận thấy rằng: phân bố cường độ mưa đầu phun xoáy cho kết đồng từ tâm vòi phun tới biên dòng phun so với đầu phun 098; biên dạng phân bố cường độ mưa hai loại đầu phun cho thấy có tương đồng; phân bố cường độ mưa độ thô hạt mưa đầu phun 098 thấp so với đầu phun tạo xoáy, lượng mưa tập trung nhiều tâm vịi phun Qua khẳng định lợi ích việc ứng dụng hiệu ứng xốy kỹ thuật tưới phun phân bố cường độ mưa độ thơ hạt mưa Hình 4.2 Đồ thị so sánh phân bố cường độ mưa đầu phun tạo xoáy đầu phun 098 4.2.2 Kết ứng dụng Tại Trại thực nghiệm sản xuất giống thuộc Cơng ty cổ phần Mía Đường La Ngà, Đồng Nai cho vườn ươm mía bầu diện tích 200m2 (10m x 20m) sử dụng đầu phun mưa T92 Trung Quốc sản xuất Để so sánh kết ứng dụng mơ hình hệ thống tưới phun với đầu phun T92, thực nghiệm sử dụng đầu phun tạo xốy có thơng số kỹ thuật (d = 4mm; p = 2,0bar S = 1,2) Nguồn nước 17 tưới bơm trực tiếp từ giếng lên, công suất bơm N = 1,1kW Sơ đồ bố trí đầu phun đường ống mơ tả hình 4.3 Hình 4.3 Sơ đồ bố trí đầu phun đường ống Đồ thị so sánh phân bố cường độ mưa đầu phun tạo xoáy đầu phun T92 biểu diễn hình 4.4, qua nhận thấy rằng: điều kiện bố trí thực nghiệm (d = 4mm p = 2,0bar), phân bố cường độ mưa đầu phun xốy Hình 4.4 Đồ thị so sánh phân bố cường độ mưa đầu phun tạo xoáy đầu phun T92 18 cho kết đồng từ tâm vịi phun tới tầm phun xa nhất, bán kính phun mưa lớn so với đầu phun T92; biên dạng phân bố cường độ mưa hai loại đầu phun cho thấy giống nhau; phân bố cường độ mưa độ thô hạt mưa đầu phun T92 thấp so với đầu phun tạo xoáy 4.2.3 Kết ứng dụng Tại Trại thực hành thực nghiệm Lâm sinh thuộc trường Cao đẳng nghề Công nghệ Nơng lâm Nam huyện Tân Un, Bình Dương Tại sử dụng đầu phun 096 Việt Nam chế tạo Để có sở so sánh kết ứng dụng mơ hình hệ thống tưới phun với đầu phun 096, thực nghiệm sử dụng đầu phun tạo xốy có thơng số kỹ thuật tương đương: đường kính lỗ vịi 2mm 3mm, áp lực làm việc 2,0bar hệ số xoáy S = 1,2 Nguồn nước tưới xả từ bồn chứa 5m3 có cao độ 6m so với mặt đất Sơ đồ bố trí đầu phun đường ống mơ tả hình 4.5 Hình 4.5 Sơ đồ bố trí đầu phun đường ống 19 Đồ thị so sánh phân bố cường độ mưa đầu phun tạo xoáy đầu phun 096 thể hình 4.6 So sánh hai kết nhận thấy rằng: điều kiện bố trí thực nghiệm (d = 2mm p = 2,0bar), bán kính phun đầu phun xoáy cho thấy rộng đồng hơn, đầu phun có đường kính lỗ vịi bé nên hạt mưa phun có dạng sương, thích hợp với loại trồng vườn ươm; biên dạng hai đồ thị có khác biệt, phân bố cường độ mưa đầu phun 096 cho thấy lượng mưa tập trung nhiều tâm vòi phun khoảng bán kính dịng phun; cịn đầu phun xốy cho kết đồng diện tích phủ Hình 4.6 Đồ thị so sánh phân bố cường độ mưa đầu phun tạo xoáy đầu phun 096 4.3 Nhận xét Kết ứng dụng hiệu ứng xoáy thiết kế hệ thống tưới phun mưa cách sử dụng đầu phun tạo xoáy cho phép kiểm chứng đánh giá ảnh hưởng hiệu ứng xốy tới chiều rộng dịng phun độ đồng tưới nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trước phù hợp đáng tin cậy So sánh kết ứng dụng thực nghiệm ba đơn vị khác sử dụng đầu phun tạo xốy loại đầu phun khác có 20 bán thị trường cho thấy ưu điểm bật đầu phun tạo xoáy cho tầm phun mưa rộng sử dụng hệ số xoáy cao (S  1,2), phân bố lượng mưa đồng diện tích tưới, qua giúp trì độ ẩm tối ưu cho trồng, phát huy hiệu tiết kiệm nước lượng sử dụng áp lực làm việc khơng lớn, lưu lượng địi hỏi khơng cao nên tiêu tốn nguồn điện nước Tóm lại, kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun chứng tỏ đề tài hướng, khả ứng dụng dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun cho thấy mang lại hiệu thiết thực KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận chung Từ kết đạt luận án, tác giả xin tóm tắt vấn đề thực trình nghiên cứu 5.1.1 Kết nghiên cứu lý thuyết 1) Bổ sung phương trình nồng độ ứng dụng mơ hình rối k- cho dịng phun rối xốy, qua khép kín mơ hình tốn biểu diễn dịng phun rối xoáy ứng dụng kỹ thuật tưới phun Việc bổ sung phương trình nồng độ cho dịng phun rối xoáy hệ thống thiết bị tưới phun hướng mới, cho phép xem xét ảnh hưởng dao động rối lên q trình trao đổi chất dịng phun 2) Biến đổi hệ phương trình tốn biểu diễn dịng phun rối xốy dạng tổng qt xây dựng thuật tốn giải hệ phương trình tốn 3) Tính tốn mơ số thơng số vật lý dịng phun rối xốy Việc mơ cho phép xác định đặc tính động học q trình tưới phun số thơng số hình học dịng phun ứng với hệ số xoáy khác giúp cho việc thiết kế chế tạo vòi phun 21 hệ thống tưới phun 4) Xây dựng mối liên hệ hệ số cường độ xốy với thơng số vật lý, thơng số hình học dịng phun Đây sở cho việc tính tốn thiết kế hệ thống tưới phun sử dụng đầu phun tạo xoáy 5.1.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm 1) Đã thiết kế, chế tạo đầu phun tạo xoáy phục vụ cho mơ hình thực nghiệm Việc thiết kế, chế tạo đầu phun tạo xoáy cho phép tiến hành thực nghiệm đo đạc thơng số kích thước hình học thơng số vật lý dòng phun để kiểm chứng lại số thơng số mơ hình số 2) Đã xây dựng mơ hình thực nghiệm dịng phun rối xoáy ứng dụng kỹ thuật tưới phun, tiến hành thực nghiệm đo đạc thơng số dịng phun làm sở kiểm chứng kết tính tốn mô số từ nghiên cứu lý thuyết 3) Đã tiến hành nghiên cứu phân tích tác động hiệu ứng xốy tới thơng số kỹ thuật dịng phun Từ đó, xác định phạm vi hiệu hệ số xoáy (S = 0,7  1,2) tiêu chí cho bán kính dịng phun lớn, phân bố cường độ mưa đồng diện tích tưới chất lượng tưới phun thơng qua hệ số CU 4) Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, thiết lập phương trình hồi quy cho hàm: bán kính tưới phun, độ đồng tưới phun chi phi điện Từ xác định thơng số tối ưu q trình tưới phun: đường kính vịi phun d = 3,5mm; hệ số xốy S = 0,8 lưu lượng tưới Q = 6,8l/ph 5.1.3 Ứng dụng kết nghiên cứu 1) Đã ứng dụng kết tính tốn mơ số thực nghiệm để thiết kế lắp đặt hệ thống tưới phun mưa sử dụng đầu phun tạo xoáy cho mơ hình cụ thể Sau thiết kế lắp đặt, hệ thống tưới phun mưa sử dụng đầu phun tạo xoáy hoạt động ổn định, 22 thỏa mãn tiêu chí bán kính tưới phun độ đồng tưới 2) Đã tiến hành so sánh kết ứng dụng thực tế hệ thống tưới phun ba đơn vị khác sử dụng đầu phun tạo xốy cho thấy, đầu phun tạo xốy có nhiều ưu điểm bật: cho tầm phun mưa rộng hệ số xoáy cao, lượng mưa phân bố đồng diện tích tưới, cỡ hạt mưa nhỏ, tiết kiệm nước điện năng, tiết kiệm công sức người lao động, thích hợp với loại trồng mềm yếu hoa, vườn ươm, hoa, thụ phấn trồng cao cấp nhà kính hay khơng gian tĩnh lặng ngồi khả tưới cịn làm mát cho trồng cải tạo vi khí hậu Tóm lại, với mục tiêu đề ra, luận án thực hoàn thành nội dung nghiên cứu bao gồm nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng cho hệ thống tưới phun mưa sử dụng đầu phun tạo xốy Dịng phun rối xốy cho thấy có khả ứng dụng thực tiễn để nâng cao hiệu hệ thống tưới phun, giúp tăng suất trồng, tiết kiệm nước lượng, trì độ ẩm tối ưu cho trồng 5.2 Hướng phát triển đề tài Trong trình nghiên cứu thực nghiệm, điều kiện khơng cho phép đo đầy đủ thơng số dịng phun vận tốc, nồng độ… Có thơng số phải tính tốn thơng qua thơng số khác, chẳng hạn vận tốc dọc trục lớn miệng phun thơng qua lưu lượng Vì vậy, đề tài so sánh đánh giá kết tính tốn mơ số với số kết nghiên cứu thực nghiệm tác giả khác; so sánh đánh giá kết nghiên cứu từ mơ hình thực nghiệm với kết tính tốn mơ số cho số thơng số vật lý thơng số kích thước hình học dịng phun Do đó, hướng phát triển đề tài là:  Nghiên cứu khả triển khai thực nghiệm số thông số vật lý khác dòng phun vận tốc, nồng độ… 23  Ứng dụng hiệu ứng xoáy, nghiên cứu chế tạo đầu phun với cung phun khác nhau: 3600, 2700, 1800 hay 900 để thiết kế mơ hình tưới triệt để tiết kiệm nước Nghiên cứu chế tạo đầu phun có kích thước đường kính lỗ vịi khác để ứng dụng tưới diện tích loại trồng khác  Mơ hình cần áp dụng tổ chức thực loại trồng cụ thể thời gian dài để đánh giá xác hiệu tiêu tăng suất trồng, sử dụng nước hợp lý, tiết kiệm nước, tiết kiệm lượng tiêu khác dịng phun rối xốy kỹ thuật tưới phun CÁC TÀI LIỆU CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ [1] [2] [3] [4] [5] [6] Vo Tuyen et al, “Optimization Parameters of Irrigation Procerss According to the Uniformity”, Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ tập 15 Đại học Quốc gia Tp.HCM, 10/2012 Võ Tuyển et al, “Xác định giá trị tối ưu cho thông số vòi phun quy hoạch thực nghiệm”, Tuyển tập cơng trình Hội nghị CHTK tồn quốc năm 2011 Nghệ An, 07/2012 Vo Tuyen et al, “Optimization of Parameters of Irrigation Procerss According to Irrigation Radius”, S&T Development EM, Bulgaria, 09/2011 Vo Tuyen et al, “Research on Numerical Simulation for Velocity Distribution of Swirling Turbulent Jets in Spray Irrigation Technology”, Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ tập 13 Đại học Quốc gia Tp.HCM, 10/2010 Võ Tuyển et al, “Nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng xoáy thiết kế hệ thống tưới phun mưa”, Báo cáo Hội nghị CHTK toàn quốc năm 2010 Quy Nhơn, 07/2010 Võ Tuyển, Nguyễn Thanh Nam, “Giải pháp hữu ích cho Đầu phun tạo xốy”, Cục sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học Công nghệ, Hà Nội, 04/1010 24 [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] Võ Tuyển et al, “Nghiên cứu thực nghiệm phân bố cường độ mưa hệ thống tưới phun ứng dụng hiệu ứng xoáy”, Báo cáo Hội nghị CHTK toàn quốc năm 2009 Đà Nẵng, 07/2009 Võ Tuyển et al, “Thiết kế, chế tạo đầu phun xốy kỹ thuật tưới phun”, Tạp chí Khoa học Phát triển Đại học Nông nghiệp tập 7, Hà Nội, 06/2009 Vo Tuyen et al, “Research on Numerical Simulation for Velocity Distribution of Swirling Turbulent Jets in Spray Irrigation Technology”, The Int Workshop on “Thermal Hydrodynamics of Multiphase Flows and Appl.” Hanoi, 05/2009 Vo Tuyen et al, “Research Impact of Swirl Effect to the Distribution of Rain-Spray Intensity and Uniform when Irrigated in Spray Irrigation Technology”, The Int Workshop on “Thermal Hydrodynamics of Multiphase Flows and Applications” Hanoi, 05/2009 Võ Tuyển et al, “Nghiên cứu chế tạo đầu phun tạo xoáy ảnh hưởng hiệu ứng xốy tới góc phun kỹ thuật tưới phun”, Báo cáo Hội nghị KHCN Cơ khí chế tạo tồn quốc lần thứ Tạp chí Cơ khí số 137, Tp HCM, 12/2008 Võ Tuyển et al, “Nghiên cứu tác động hiệu ứng xốy tới thơng số kỹ thuật dòng phun kỹ thuật tưới phun”, Hội nghị KHCN Cơ khí chế tạo tồn quốc lần thứ nhất, Tp HCM, 12/2008 Võ Tuyển et al, “Xây dựng thuật tốn giải hệ phương trình vi phân biểu diễn dịng phun rối xốy phun kỹ thuật tưới phun phương pháp khối hữu hạn”, Hội nghị KHCN CKCT toàn quốc lần thứ nhất, Tp HCM, 12/2008 Vo Tuyen et al, “Mathematical Model of Two-Phase Swirling Turbulent Jets in Irrigation Technology”, S&T Development EM, Bulgaria, 09/2008 Vo Tuyen et al, “Water Jets and Injecting Irrigation Technology”, Science & Technology Development EM, Bulgaria, 09/2004 25 ... Nghiên cứu, ứng dụng dịng phun rối xốy hệ thống thiết bị tưới phun  Đối tượng nghiên cứu  Dòng phun rối xoáy hệ thống thiết bị tưới phun  Tác động hiệu ứng xốy tới dịng phun  Phạm vi nghiên cứu... hợp hệ thống thiết bị tưới phun  Tính tốn, thiết kế hệ thống tưới phun mưa sử dụng đầu phun tạo xốy, bao gồm việc chế tạo đầu phun có rãnh tạo xoáy ứng dụng số đơn vị nhằm đánh giá hiệu hệ thống. .. lý thuyết thực nghiệm dòng phun rối xoáy kỹ thuật tưới phun chứng tỏ đề tài hướng, khả ứng dụng dòng phun rối xoáy kỹ thuật tưới phun cho thấy mang lại hiệu thiết thực KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT