Visualizing Particle Movement In Flat Drip Irrigation Emitters With Digital Particle Image Velocimetry

• Published in: Irrigation and drainage Vol. 65; no. 4; pp. 390 - 403
• Main Authors: Liu, Haisheng, Sun, Haosu, Li, Yunkai, Feng, Ji, Song, Peng, Zhang, Mindi
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Chichester Blackwell Publishing Ltd 01.10.2016; Wiley Subscription Services, Inc
• Subjects: Computer numerical control; Digital particle image velocimetry; drip irrigation; embedded flat emitter; Emitters; Irrigation; irrigation au goutte à goutte; Mathematical models; motion; mouvement; particles; particules; Planar laser induced fluorescence; Prototypes; vélocimétrie par images numériques de particules; Walls; émetteur plat
• ISSN: 1531-0353; 1531-0361
• DOI: 10.1002/ird.2000

A computer numerical control (CNC) engraving technology on a full‐scale transparent model of a flat emitter is presented, combined with digital particle image velocimetry (DPIV) and planar laser‐induced fluorescence (PLIF), to observe the movement characteristics of particles with different diameters in the prototype and transparent model of embedded flat emitters. The results show that the velocity, vorticity, the overall distribution of streamlines as well as the velocity distribution in the mainstream region of particles with diameters of 10, 50 and 100 µm in the structural units of the model and the prototype emitters, were obviously consistent. The differences among the particles’ maximum velocities reduced with increasing pressure. Both the particles with diameters of 50 and 100 µm in the model and the prototype emitters had a good following behaviour, but it showed the fine particles better than the coarse particles, and the particles of the near wall of flow path were shown better than in the central region. The particle deposition near the wall caused by the frequent starting of the irrigation system was one of the main reasons for formation of clogging substances in the emitters. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. Résumé La visualisation des mouvements de l'eau et de particules dans un émetteur d'irrigation au goutte‐à‐goutte est devenue le principe et le fondement de la compréhension des mécanismes de colmatage et de l'amélioration des performances anticolmatage des émetteurs. Dans ce papier, une technologie de gravure 3D a permis de créer un modèle transparent pleine échelle d'un émetteur plan, qui a été combiné à un vélocimètre numérique et à de la fluorescence induite par laser (PLIF), pour observer les caractéristiques de déplacement des particules de différentes granulométries. Les résultats ont montré que la vitesse, la vorticité, la répartition globale des lignes de courant ainsi que la distribution de la vitesse dans le courant principal de particules avec des diamètres de 10 µm (représentant la phase aqueuse), 50 µm et 100 µm, étaient évidemment cohérente à la fois dans les motifs structuraux de modèle et dans les émetteurs prototypes. Les différences entre les vitesses maximales de particules se réduisent avec l'augmentation de pression. Les particules avec de 50 et 100 µm ont de bonnes propriétés de traçage de l'écoulement dans le modèle et le prototype, mais les particules fines apparaissent meilleures que les particules grossières, ainsi que les particules proches de la limite du chemin d'écoulement tracent mieux l'écoulement que particules de la région centrale. Le dépôt de particules près de la paroi, causés par les démarrages fréquents du système d'irrigation, a été l'une des principales raisons de colmatage et de la formation de substance dans les émetteurs. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.