نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز

2 استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه ارومیه.

چکیده

     دانستن حرکت آب در حجم مرطوب شده خاک در اطراف قطره‌چکان، پیش‌شرطی برای طراحی سیستم‌های آبیاری و مدیریت دوگانه آب و مواد شیمیایی می‌باشد. در حقیقت برای نوع خاک مشخص، دانستن تکامل و سیر تدریجی تغییر شکل حجم مرطوب شده، می‌تواند در تعیین فاصله قطره‌چکان‌ها و مدت زمان آبیاری مفید واقع شود. اکثر مدل های عددی و تحلیلی پیش بینی جبهه رطوبتی برای حل نیازمندتعیین سطح تغذیه اشباع خاک از نتایج آزمایشگاهی  می باشند که  به دست آوردن دقیق آن نیازمند صرف زمان و هزینه است. همچنین این مدل ها در صورتی که شدت جریان قطره چکان ها بیشتر از نفوذ پذیری خاک باشد نتایج قابل اعتمادی را نمی دهند. در این تحقیق مدل جدید اتصال معادله های سطحی دو فاز (معادلات ناویر استوکس و مدل حجم سیال) و زیر سطحی(ریچاردز) برای شبیه سازی جریان سطحی آب هوا و جبهه رطوبتی داخل خاک در آبیاری قطره ای سطحی ارائه شده است. برای این منظور ابتدا معادله ریچاردز با روش حجم محدود  گسسته سازی شد و  با معادله های ناویر استوکس دو فاز  براساس الگوریتم ارائه شده در این تحقیق جفت گردید. برای صحت سنجی مدل، نتایج شبیه سازی در دو بافت خاک و در دبی های مختلف با نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی شده با نرم افزارهایدروس بر اساس سه شاخص آماری درصد خطای نسبی، مجذور میانگین مربعات خطا و کارایی مدل  مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مدل ارائه شده دارای توانایی بسیار بالایی در شبیه سازی جبهه رطوبتی داشته و از دقت بیشتری نسبت به نرم افزار هایدروس برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Coupling of Navier-Stokes and Richards Equations for Numerical Simulation of Two Phase Surface and Subsurface Flow in Surface Drip Irrigation

نویسندگان [English]

  • Yaser Yekani Motlagh 1
  • ALi Ashraf Sadraddini 2
  • Amir Hossein Nazemi 2
  • Hossin Rzaee 3

چکیده [English]

     Water dynamic in wetted volume of soil around emitter is one of the primary information for designing the irrigation systems and management of water and chemical substances. In fact, for particular kind of soil, knowing the evolution and gradual change of the shape of the wetted volume is necessary for estimation of the distance of emitters from each other and irrigation duration. Most of the numerical and analytical models used for prediction of wetting pattern need determining the pounding area from high cost experimental tests. These models predict unreliable results if the discharge of emitter is more than infiltration of soil. In this paper, a new model for coupling surface (Navier-Stokes, VOF) and subsurface flow equations (Richards) is presented. The method can use for simulation of both two phase air-water surface flow along with wetting pattern inside the soil in surface drip irrigation. In this model, Richards equation is discretized with finite volume method and coupled with two phases Navier-Stokes equations based on the new coupling algorithm. To demonstrate the accuracy of the model the results of new method for two different soil texture and discharge are compared with experimental data and numerical results of HYDRUS software. Furthermore, statistical indexes such as mean error and root mean square error and model efficiency are evaluated for the model. The results indicated that the presented model has the high ability in simulation of wetted pattern, and its accuracy is more than HYDRUS software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drip Irrigation
  • Wetting pattern
  • Navier- Stocks equations
  • Richards equation
  • Equations coupling