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Keywords:

  • spray particle kinematics;
  • single droplet systems;
  • multi-droplet systems;
  • quantum mechanics;
  • sprinkler water droplets;
  • mathematical modelling
  • cinématique des particules aérosols;
  • systèmes simples de gouttelettes;
  • systèmes de gouttelettes multiples;
  • mécanique quantique;
  • gouttelettes d'eau d'arroseur;
  • modélisation mathématique

ABSTRACT

The design of a sprinkler irrigation system is always associated with a full understanding of the kinematics of the droplets during their aerial path. Resolving this problem involves both theoretical and experimental considerations. Among the theoretical studies the classical mechanical approach, based on Newton's law, offers a useful tool to describe the trajectories of water droplets from the sprinkler nozzle to the ground. The problem becomes even more complicated when not just a single droplet alone is assessed but a multi-droplet system is accounted for. In addition to the inter-parameter dependencies, an inter-droplet reciprocal repulsion is also observed, mainly due to electrical interactions between the hydrogen and oxygen atoms of the different water molecules. In this context, the whole classic–quantum and single-droplet versus multi-droplet alternatives need to be discussed and pinpointed, and these are the main aims of the present paper which focuses on the theoretical part of the issue, thus highlighting new perspectives of a deeper comprehension in the spray flow-related phenomena. On the whole, the new approach allows us to recast the classical fluid dynamic equations into so-called quantum equations. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.

RÉSUMÉ

La conception d'un système d'irrigation par aspersion est toujours associée à la pleine compréhension de la cinématique des gouttelettes lors de leur passage aérien. Résoudre ce problème implique à la fois des considérations théoriques et expérimentales. Parmi les études théoriques, l'approche mécanique classique, basée sur la loi de Newton, offre un outil utile pour décrire les trajectoires des gouttelettes d'eau depuis la buse d'arrosage jusqu'au sol. Le problème devient plus compliqué quand on cherche à représenter un système multi-gouttes. Outre les dépendances inter-paramètres, il est également observé une répulsion réciproque entre les gouttelettes, principalement en raison des interactions électriques entre l'hydrogène et les atomes d'oxygène des différentes molécules d'eau. Dans ce contexte, l'ensemble des alternatives classique-quantique à une seule goutte ou à plusieurs gouttes doivent être discutés et mis en évidence; ce sont les principaux objectifs de la présente étude qui se concentre sur la partie théorique de la question, soulignant ainsi les nouvelles perspectives d'une compréhension plus profonde des phénomènes liés à des flux de pulvérisation. Dans l'ensemble, la nouvelle approche permet de reformuler les équations de la dynamique des fluides classiques dans les équations dites quantiques. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.