Visualizing Particle Movement in Cylindrical Drip Irrigation Emitters with Digital Particle Image Velocimetry

• Published in: Irrigation and drainage Vol. 65; no. 4; pp. 404 - 416
• Main Authors: Feng, Ji, Li, Yunkai, Sun, Haosu, Song, Peng, Liu, Haisheng
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Chichester Blackwell Publishing Ltd 01.10.2016; Wiley Subscription Services, Inc
• Subjects: Cylinders; cylindrical emitter; Digital particle image velocimetry; drip irrigation; Emitters; Flow paths; Flow velocity; Irrigation; irrigation au goutte à goutte; mouvement; movement; particles; particules; Phase separation; vélocimétrie numérique par images de particules; Water flow; émetteur cylindrique
• ISSN: 1531-0353; 1531-0361
• DOI: 10.1002/ird.2001

On the basis of precise analysis of the structure of the cylindrical emitter, we brought forward a testing method to visualize the particle movement with the model of the last stage unit segment of the flow path in the cylindrical emitter and digital particle image velocimetry (DPIV) technology. The movement characteristics of 10, 50 and 100 µm particles were tested. The results showed that the method was reasonable and effective. The distribution characteristics of flow velocity and vortex in the flow path inside the emitter were not changed when the 50 and 100 µm particles existed. However, the maximum velocities of particles in the centre area and the flow velocities of particles in the near‐wall area decreased, and the following characteristics of particles in the mutation area of the flow path became weakened. The secondary flow whirlpool area still existed in the water flow in the cross section of the flow path, showing an obvious phase separation phenomenon. A flow‐around cylinder structure could be set up in the low flow velocity area based on the Karman Vortex Street Principle in order to enhance its anti‐clogging capability. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. Résumé Les émetteurs cylindriques d'irrigation au goutte à goutte sont actuellement l'un des produits les plus largement utilisés. La visualisation des caractéristiques du mouvement des particules dans l'émetteur est devenue un problème majeur qui doit être résolu de toute urgence afin d'explorer le mécanisme du colmatage et d'améliorer la capacité anti‐colmatage de l'émetteur. Les recherches dans ce domaine sont rares en raison de la complexité des trajets d'écoulement. Sur la base d'une analyse précise de la structure d'un émetteur cylindrique, nous avons proposé un procédé de test qui consiste à visualiser le mouvement des particules du dernier étage du chemin d'écoulement de l'émetteur cylindrique, à l'aide d'un vélocimètre numérique de particules (DPIV). Nous nous sommes intéressés aux mouvements des particules de 10, 50 et 100 µm. Les résultats ont montré que la méthode était raisonnable et efficace. Les caractéristiques de distribution de vitesse d'écoulement et de vortex à l'intérieur du chemin de l'émetteur ne sont pas modifiées lorsque les particules de 50 et 100 µm sont présentes. Cependant, les vitesses maximales de particules dans la zone centrale et les vitesses d'écoulement des particules dans la zone proche de la paroi ont diminué. Les propriétés des particules qui en permettent le traçage se sont affaiblies dans la zone de mutation des chemins d'écoulement. La zone de remous secondaire existait encore dans le flux d'eau de la section transversale du trajet d'écoulement, montrant un évident phénomène de séparation de phase. Un élément cylindrique pourrait être mis en place dans la zone de faible vitesse d'écoulement basé sur un principe de vortex de Karman, afin de renforcer la capacité anti‐colmatage de l'émetteur. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.