Influence of Dentation Angle of Labyrinth Channel of Drip Emitters on Hydraulic and Anti‐Clogging Performance†. (7th December 2018)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Yu, Liming; Li, Na; Liu, Xiaogang; Yang, Qiliang; Li, Zhangyan; Long, Jun
• Is Part Of: Irrigation and drainage. Volume 68:Number 2(2019)
• Page Start: 256
• Page End: 267
• Publication Date: 2018-12-07
• Subjects: two‐phase flow -- angle -- labyrinth channel -- clogging -- emitter; écoulement diphasique -- angle -- canal labyrinthe -- colmatage -- émetteur; Irrigation engineering -- Periodicals; Drainage -- Periodicals; Flood control -- Periodicals; Sustainable agriculture -- Periodicals; 627.52
• DOI: 10.1002/ird.2304
• Languages: English
• ISSNs: 1531-0353

Abstract

Abstract: The geometric parameters of labyrinth channels play an important role in the hydraulic and anti‐clogging performance of drip emitters. In this study, the flow fields, individual representative sands and sand groups in the labyrinth channel of emitters, with dentation angles of 90°, 60°, 45° and 30°, were firstly simulated using a computational fluid dynamics discrete element method (CFD–DEM) of coupling. Particle tracking velocimetry (PTV) was used to trace individual representative sands. The numerical results were verified with clear water hydraulic performance tests and muddy water anti‐clogging performance tests. The results suggest that the discharge coefficient and flow exponent declined when the dentation angle of the labyrinth channel was reduced. A large number of sand groups were observed to enter the vortex areas and move in a circular manner. The time it took for particles to pass through the labyrinth channel lengthened when the velocity decreased and as a result, the probability of emitter clogging increased. Therefore, by using a recommended angle range of 90° to 60° and a combined higher hydraulic performance level, emitters were less likely to clog. It was a novel approach to adopt a CFD–DEM coupling method to conduct numerical analysis of individual sand particles and sand groups in the investigation of emitter anti‐clogging issues. The findings will increase the design efficiency of flow channels and will save human and material resources. © 2018 John Wiley & Sons, Ltd. Résumé: Les paramètres géométriques des canaux en labyrinthe jouent un rôle important dans les performances hydrauliques et anti‐colmatage des goutteurs. Dans cette étude, l'écoulement de grains de sable individuels et des groupes de sable dans le labyrinthe des émetteurs avec des angles de denture de 90°, 60°, 45° et 30°, a été simulé à l'aide d'un couplage computational fluid dynamics discrete element method (CFD–DEM). Une technique optique par imagerie de particules (PTV) a été utilisée pour analyser les trajectoires de grains de sables individuels. Les résultats numériques ont été vérifiés à l'aide d'essais de performance hydrauliques en eau claire et d'essais de colmatage avec des eaux chargées. Les résultats suggèrent que le coefficient de décharge et l'exposant de débit ont diminué en réduisant l'angle de denture du canal du labyrinthe. On observe qu'un grand nombre de groupes de sable pénètre les zones de vortex et se déplace de manière circulaire. Le temps nécessaire pour que les particules passent à travers le canal du labyrinthe s'allonge tandis que la vitesse diminue et, par conséquent, la probabilité de colmatage de l'émetteur augmente. Par conséquent, en utilisant une plage d'angle recommandée de 90° à 60° et un niveau de performance hydraulique supérieur, les émetteurs étaient moins susceptibles de se boucher. C'était une nouvelle approche d'adopter une méthode de couplage CFD–DEM pour effectuer une analyse numérique des particules de sable individuelles et des groupes de sable dans l'étude des problèmes d'anti‐colmatage des émetteurs. Les résultats augmenteront l'efficacité de conception des canaux d'écoulement et économiseront des ressources humaines et matérielles. © 2018 John Wiley & Sons, Ltd.