Визначення оптимальної середньої швидкості руху рідини в перерізах збірного дренажного трубопроводу змінного діаметра
DOI:
https://doi.org/10.32347/gbdmm.2025.106.0101Ключові слова:
збірний дренажний трубопровід, гідравлічний коефіцієнт тертя, коефіцієнт фільтрації, фільтраційний опір, змінна витратаАнотація
Аналіз умов роботи напірних збірних дренажних трубопроводів показав, що в якості останніх в основному розглядають трубопроводи постійного поперечного перерізу за своєю довжиною, які працюють зі змінною витратою. При цьому на початкових ділянках труб мають місце невеликі (менше допустимих) середні швидкості руху основного потоку, що часто призводить до осідання і накопичення в початкових перерізах значної кількості частинок навколишнього ґрунту. В кінцевих перерізах середня швидкість потоку набуває завищених значень, що спричиняє підвищення втрат напору. Таким чином, задача визначення оптимального значення середньої швидкості руху рідини в перерізах за довжиною збірного трубопроводу є актуальною.
Враховуючи викладене, метою даної роботи є розробка методики розрахунку величини оптимальної середньої швидкості руху рідини в перерізах за довжиною напірних збірних дренажних трубопроводів змінного поперечного перерізу (такого, що збільшується).
В даній роботі на основі безрозмірного аналізу системи диференційних рівнянь, що описують рух рідини зі змінною витратою у збірних напірних дренажних трубопроводах змінного (такого, що збільшується) за довжиною перерізу, розроблена методика розрахунку оптимальної середньої швидкості руху рідини в перерізах трубопроводу. При аналізі в диференційному рівнянні змінної витрати другим членом, який враховує втрати напору, що пов’язані з впливом ефекту приєднання рідини вздовж шляху на загальні втрати напору у всьому трубопроводі, знехтувано, що практично не впливає на кінцеві результати розрахунків. При розгляді використано поняття умовного нескінченно довгого збірного трубопроводу або трубопроводу обмеженої довжини, що має нескінченну просякненість поверхні бічних стінок. Основними параметрами, які визначають характер зміни витрати вздовж збірного дренажного трубопроводу, прийнято коефіцієнт опору збірника ζlзб і узагальнений параметр збірної дрени Азб, який враховує її конструктивні і фільтраційні характеристики.
У результаті дослідження отримано просту та зручну методику визначення максимальної середньої швидкості у кінцевому перерізі напірного збірного дренажного трубопроводу, що враховує змінність діаметра та нерівномірність притоку за довжиною.
Посилання
Xie, H., Huang, Y., Chen, Q., Zhang, Y., & Wu, Q. (2019). Prospects for agricultural sus-tainable intensification: A review of research. Land, 8(11), 157. https://doi.org/10.3390/land8110157
Majumder, R. (2023). Balancing food security and environmental safety: rethinking modern agricultural practices. Environmental & Exper-imental Biology, 21(4), 101-110. http://doi.org/10.22364/eeb.21.12
Baliuk, S., Romashchenko, M., & Trus-kavetskyi, R. (2018). Problems of environmen-tal risks and perspectives of land reclamation in Ukraine. AgroChemistry and Soil Science, 87, 5-10. (in Ukrainian). https://doi.org/10.31073/acss87-01
Vlotman, W., Smedema, L., & Rycroft, D. (2020). Modern land drainage: planning, de-sign and management of agricultural drainage systems. London: CRC Press. 502. https://doi.org/10.1201/9781003025900
Collins, S., & Houben, G. J. (2020). Horizon-tal and radial collector wells: simple tools for a complex problem. Hydrogeology Journal, 28, 1925-1935. https://doi.org/10.1007/s10040-020-02120-2
Cherniuk, V., Kravchuk, O., Fasuliak, V., & Cherniuk, M. (2024). Improvement of model-ing of laminar flows in pressure collector-pipelines. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 120(2), 182-196. https://doi.org/10.37934/arfmts.120.2.182196
Kravchuk, A. M., Chernyshev, D. O., &
Kravchuk, O. A. (2021). Hydraulics of pressure perforated pipelines of treatment facilities of water supply and water disposal systems: monograph. Kyiv: KNUCA. 204. (in Ukrainian).
Gurovich, L., & Oyarce, P. (2015). New approaches to agricultural land drainage: a review. Irrigation & Drainage Systems Engineering, 4(135), 2. http://dx.doi.org/10.4172/2168-9768.1000135
Tkachuk, M. M., Turcheniuk, V. O., Shуnkaruk, L. A., & Tkachuk, L. R. (2021). Ensuring efficiency of water regulation on water management systems with innovative structures. Bulletin National University of Water and Environmental Engineering, 4(96), 106-116. (in Ukrainian). https://doi.org/10.31713/vt420219
Wu, Z., Guo, C., Yang, H., Li, H., & Wu, J. (2022). Experimentally based numerical simulation of the influence of the agricultural subsurface drainage pipe geometric structure on drainage flow. Agriculture, 12(12):2174. https://doi.org/10.3390/agriculture12122174
Zhang, Q., & Wang, Z. (2014). Modeling study on fluid flow in horizontal perforated pipes with wall influx. International Journal of Fluid Mechanics Research, 6 (14), 556-566. https://doi.org/10.1615/InterJFluidMechRes.v41.i6.80
Kravchuk, O. A. (2021). Particularities of hydraulic calculation of collecting pressure drainage pipelines. Bulletin of Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, 83, 130-138. https://doi.org/10.31650/2415-377X-2021-83-130-138
Clemo T. (2006). Flow in perforated pipes: a comparison of models and experiments. SPE Production & Operations, 21(2), 302-311. https://doi.org/10.2118/89036-PA
Kravchuk, A., Kochetov, G., & Kravchuk, O. (2020). Pipelines designing for steady water collection along the path. Problems of Water Supply, Sewerage and Hydraulic, (33), 34-40. (in Ukrainian). https://doi.org/10.32347/2524-0021.2020.33.34-40
Naumenko, I. I., & Voloshchuk, V. A. (2001). Mathematical models for hydraulic calculations of pipelines with discretely increasing flows. Bulletin of RDTU, 1(8), 88-99. (in Ukrainian).
Cho, J., Kim, C., Lim, K. J., Kim, J., Ji, B., & Yeon, J. (2023). Web-based agricultural in-frastructure digital twin system integrated with GIS and BIM concepts. Computers and Elec-tronics in Agriculture, 215, 108441. https://doi.org/10.1016/j.compag.2023.108441
Rokochinskiy, A., Jeznach, J., Volk, P., Turcheniuk, V., Frolenkova, N., & Koptiuk, R. (2019). Reclamation projects development improvement technology considering optimi-zation of drained lands water regulation based on BIM. Scientific Review Engineering and Environmental Sciences, 28(3), 432-443. https://doi.org/10.22630/PNIKS.2019.28.3.40
Kravchuk, A., Cherniuk, V., Kochetov, G., Kravchuk, O., & Airapetian, T. (2023). De-termination of the particularities of the hy-draulic friction factor variation of collecting drainage pipelines. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7(126), 33-38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.292258
Kravchuk, A., & Kravchuk, O. (2024). De-termination of the required degree of surface perforation of collecting drainage pipelines. Problems of Water Supply, Sewerage and Hy-draulic, 47, 29-34. (in Ukrainian). https://doi.org/10.32347/2524-0021.2024.47.29-34
Kravchuk, A., Kravchuk, O., Barladina, V., & Perebyinis, V. (2023). Calculation of hori-zontal collective drainage pipelines of reclama-tion systems in the presence of a ground water level slope. Gіrnichі, budіvelnі, dorozhnі ta melіorativnі mashini, 102, 58-64. (in Ukraini-an). https://doi.org/10.32347/gbdmm.2023.102.0501
Kravchuk, А., Kravchuk, О., Lomako, А., Kravchuk, О. (2022). Variation of the collec-tive drainage pipelines parameters when pass-ing the transit flow. Problems of Water supply, Sewerage and Hydraulics, 41, 52-58. (in Ukrainian). https://doi.org/10.32347/2524-0021.2022.41.52-58
Kravchuk, А., Kravchuk, О. (2025). Calcula-tion of collecting drainage pipelines with vari-able cross-section. Problems of Water supply, Sewerage and Hydraulics, 52, 39-45. (in Ukrainian). https://doi.org/10.32347/2524-0021.2025.52.39-45
Kravchuk, A. M., & Kravchuk, O. A. (2020). Special issues of hydraulics of water supply and water sewerage systems: tutorial. Kyiv, Ukraine: KNUCA, 175. (in Ukrainian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Oleksandr Kravchuk, Olga Kravchuk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Право авторства належить авторам статей. Невиключні права на першу публікацію матеріалів статті автори передають редакції журналу «Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини» на умовах угоди з авторами згідно ліцензії Creative Commons CC BY 4.0. При цьому авторри мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Запозичення матеріалів повністю або частково можливе з посиланням на вихідні дані журналу з обов'язковою вказівкою правовласника та імен авторів статей. При створенні на основі опублікованих у журналі статей нових матеріалів, цитуванні або перекладі фрагментів статей з метою їхнього цитування необхідно посилатися на першоджерела з дотриманням правил цитування.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- автори зберігають за собою авторські права на роботу та передають журналу право першої публікації разом із роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати цю роботу з обов'язковим зазначенням авторства цієї роботи та посиланням на оригінальну публікацію у цьому журналі.
- автори зберігають за собою право укладати окремі додаткові контрактні угоди на неексклюзивне розповсюдження версії роботи, опублікованої в цьому журналі (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.
- авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховищі або на їхньому персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даним журналом, оскільки це може призвести до продуктивного обговорення, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивися The Effect of Open Access).
Дозвіл на повторне використання визначається наступною користувальницькою ліцензією:
- Creative Commons Attribution (CC BY 4.0): дає можливість іншим поширювати і копіювати статтю, створювати уривки, реферати та інші виправлені версії, адаптації або похідні роботи зі статті (наприклад, переклад) для включення в колективну роботу (наприклад, монографію), для пошуку тексту або даних в статті, навіть в комерційних цілях, за умови, що вони вказують автора (ів), не змінюють статтю в такий спосіб, щоб завдати шкоди честі або репутації автора.
