풍동실험을 통한 배과원 방충망의 풍하중 및 항력계수 평가
Evaluation of Wind Load and Drag Coefficient of Insect Net in a Pear Orchard using Wind Tunnel Test
송호성
a⋅유석철
b,✝⋅김유용
c⋅임성윤
dSong, Hosung⋅Yu, Seok-Cheol⋅Kim, Yu Yong⋅Lim, Seong-Yoon
Abstract
Fruit bagging is a traditional way to produce high-quality fruit and to prevent damage from insects and diseases. Growing pears by non-bagging is concerned about the damage from insect, it can be controlled by installing a insect net facility. Wind load should be considered to design the insect net facility because it has the risk of collapse due to the strong wind. So we carried out wind tunnel test for measurement of drag force, where the insect net with porosity about 65% is selected as an experimental subject. As a result of the test, drag force was measured to be 244.14 N when insect net area and wind speed are 1 ㎡ and 22.7 m/s respectively. And, drag coefficients for the insect net were found to be about 0.55∼0.57, which may be used as the preliminary data to design the insect net facilities at the orchard.
Keywords: Drag coefficient; insect net; pear orchard; wind tunnel test
Ⅰ. 서 론
배를 재배하는 농가는 병해충을 방제하고, 과실의 빛깔을 좋게 하여 상품성을 향상시킬 목적으로 봉지 씌우기를 실시 하고 있다. 배 봉지 씌우기 작업은 10 a(=1000 ㎡)당 28 시간 (전체 배 재배 노동시간 10 a당 171 시간의 약 16%)의 노동시 간이 필요하다 (Kim, 2013). 그러나 2015년 농림어업총조사에 따르면 우리나라의 농가인구는 2,569천명으로 2000년의 농가 인구 4,031천명에 비하여 전체 인구 대비 비중이 3.7% 감소하 였으며, 연령별 구성에서는 65세 이상인 고령 농업인의 구성 비가 전체 농가인구의 38.4%로 2000년의 21.7%에 비해 거의 두 배 증가하였다 (KOSTAT, 2016). 이러한 농가인구 감소와 고령화는 배 재배과정 중 오로지 수작업에 의존해야 하는 봉 지 씌우기 작업을 점점 어렵게 만들고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 배를 무봉지로 재배하는 것이 대안으로 제시 되고 있다. Yim et al. (2017)은 배에서 봉지를 씌우지 않고 재배할 경우 전체 노동시간의 15.4%, 생산비의 11.2%를 줄일
수 있으나, 배를 무봉지로 재배하는 경우 조생종에 비해 만생 종의 경우 해충의 피해가 심해 수확이 어려운 것으로 보고하 였다. Kim et al. (1999)은 강풍 등 기상재해와 해충에 의한 배 과실 피해를 경감시키고자, 방충망의 종류를 격자크기 2, 4, 6 mm로 각각 설치하여 무봉지 재배한 것을 시험구로 하고 관행식 봉지재배 방식을 대조구로 하여 비교하였다. 그 결과 방충망의 설치는 풍속을 경감시켜 태풍으로 인한 낙과를 크 게 줄일 수 있었으며, 복숭아심식나방 등 비교적 크기가 큰 후기 해충 피해의 경감뿐만 아니라 조류에 의한 피해도 예방 된다고 보고하였다. Shim et al. (2013)은 실제 방풍망이 설치 된 과수원에서 약 1년간 수집한 기상자료를 토대로 풍속저감 효과 및 과실의 생육에 영향을 미치는 온도, 습도 등을 분석하 였으며, 방풍망 내부는 외부보다 일평균 기온이 0.1∼0.2℃ 낮 고 습도는 0.7∼1.7% 높게 나타났으며, 풍속은 10% 이상 저감 되는 것으로 보고하였다.
그러나 최근 대설과 태풍 등 이상기상으로 인해 비닐하우 스, 과수시설 등 농업시설이 붕괴되거나 전도되는 등의 피해 가 빈번하게 발생하고 있어 이에 대한 대비가 필요하다. 국가 재난정보센터의 재난통계를 살펴보면, 2008년부터 2017년까 지 대설로 인한 비닐하우스의 피해는 총 면적 889 ha, 총 피해 액은 878.7억 원이고, 태풍 및 강풍으로 인한 피해는 총 면적 306 ha, 총 피해액은 214.3억 원에 달하고 있다 (MOIS, 2009∼
2018). 이러한 이상기상으로 인한 피해를 예방하기 위해 내재 해형 농업시설이 설치되고 있다. 방충망 시설을 내재해형 농 업시설로 설계하기 위해서는 지역별 적설과 바람에 의한 하
a Postdoctoral Researcher, National Institute of Agricultural Sciences
b Agricultural Researcher, National Institute of Agricultural Sciences
c Agricultural Researcher, National Institute of Agricultural Sciences
d Agricultural Researcher, National Institute of Agricultural Sciences
† Corresponding author
Tel.: +82-63-238-4152 Fax: +81-63-238-4145 E-mail: [email protected]
Received: September 10, 2018 Revised: October 26, 2018 Accepted: October 30, 2018
중을 고려하여야 한다. 그러나 배과원 방충망은 겨울철에 천 장을 개방하므로 적설하중은 고려하지 않아도 되나, 바람에 의한 하중은 고려하여야 한다. You (2005), Kim et al. (2006), 그리고 You et al. (2009)은 방풍팬스의 형태와 다공률을 다르 게 한 모형에 대해 풍동실험을 실시하여 풍속감소 성능을 분 석하였다. 특히 You et al. (2009)는 방풍펜스의 다공률을 30%, 40%, 그리고 55%로 변화시켜 풍동실험을 한 결과, 다공률 30%인 경우보다 다공률 40%에서 풍속의 감소율이 30%정도 증가하였고 다공률이 55%로 증가되면 풍속비는 다시 증가하 여 다공률이 40%일 때가 가장 유리한 것으로 보고하였다.
Yum et al. (2007, 2011, 2013)은 풍동실험과 전산유체해석을 통한 방풍망 전후의 압력차를 관측하여 풍속저감 효과를 분 석하고, 기둥 등의 골조파이프를 설계하는 등 농업용 망시설 과 관련된 연구는 방풍망 설치로 인한 풍속저감 효과를 구명 하는 게 대부분이다.
본 연구에서는 해충 피해 여부와 작물생육 상태를 모니터 링하기 위해 현재 국립원예특작과학원 배연구소에 설치된 방 충망시설 테스트베드에 사용된 방충망 재료의 바람에 대한 특성 값으로써 항력계수를 구하고자 하였다. 항력 등의 공기 력계수는 임의의 구조물 또는 재료의 단면형상이나 다공률 (porosity) 등에 따라 다른 값을 갖게 되며, 보통 풍동실험을 통해 얻을 수 있다. 이에 방충망의 항력을 측정하기 위한 풍동 실험 방법을 개발하였으며, 이를 통해 측정된 항력을 이용하 여 방충망의 항력계수를 구하였다. 제시된 항력계수는 추후 실제 농가에서 사용하게 될 방충망시설 설계 시 필요한 풍하 중을 산정하기 위한 기초자료로써 활용하고자 한다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 방충망
농업용으로 사용되는 망은 용도에 따라 방풍망, 차광망, 방
조망, 방충망 등으로 분류된다. 방풍망과 차광망은 강풍과 일 사로부터, 방조망이나 방충망 등은 조류나 해충으로부터 작 물을 보호하기 위해 사용된다. Kim et al. (1999)은 배를 무봉 지 재배할 경우 병해충의 방제와 작물의 생육을 고려하였을 때 격자의 크기가 약 4 mm인 방충망이 적당한 것으로 보고하 고 있다. 이에 본 연구에서는 현재 국립원예특작과학원 배연 구소의 배 무봉지재배 테스트베드 (Fig. 1)에 설치되어 있는 Fig. 2와 같은 형태와 격자크기를 갖는 방충망을 사용하였다.
망의 재질은 UV산화방지제가 첨가된 폴리에틸렌이며, 원형 가닥들을 엮어 만든 형태이다. 단위격자 크기는 4×12 mm 이 며, 다공률은 약 65%이다.
2. 풍동실험
가. 항력계수일반적으로 구조물에 바람이 작용하게 되면 풍압이라고 불 리는 정적인 공기력을 받게 된다. 바람으로부터 받는 다양한 힘은 보통 6개 방향의 힘으로 분해하여 항력 (Drag force), 양 력 (Lift force), 횡력 (Side force), 롤링모멘트 (Rolling moment), 요잉모멘트 (Yawing moment) 그리고 피칭모멘트 (Pitching moment)로 표현한다. 이 6가지 힘 중 본 연구에서 구하고자 하는 항력은 식 (1)과 같이 표현된다.
⋅⋅
여기서, 는 항력 (N), 는 풍속압 (N/㎡), 는 구조물이 수풍면적 (㎡)이고, 는 항력계수로 무차원계수이다. 이때 풍속압은 식 (2)로 표현할 수 있으므로, 방충망에 걸리는 항력
는 식 (3)으로 계산할 수 있다.
⋅⋅
Fig. 1 Test bed for the insect net facility at Pear Research Station, Naju, Korea
Fig. 2 Detailed shape and size of the insect net used in the wind tunnel test
⋅⋅⋅⋅
여기서, 는 공기밀도 (kg/㎥), 는 풍상측 풍속 (m/s)이다.
식 (3)에서 항력계수만 결정되면 임의의 공기밀도, 풍속 및 수풍면적에 대해서 항력을 쉽게 계산할 수 있다. 이에 본 연구 에서는 풍동실험을 통해 측정된 방충망의 항력을 다음 식 (4) 에 대입하여 항력계수를 계산하였다.
⋅⋅⋅
나. 풍동
본 연구에 사용된 풍동은 농촌진흥청 국립농업과학원 농업 공학부에 설치된 개방형 아음속 경계층 풍동으로 약 34 m이 다. Table 1에서 풍동의 주요 사양을 정리하였다.
다. 경계층 확인을 위한 풍동 시험부 높이별 풍속 측정 일반적으로 경계층풍동 내부에서는 바닥판의 재질이나 도 색 등으로 인하여 거친 면이 생긴다. 이로 인하여 바닥면으로 부터 일정 높이까지는 흐름이 균일하지 못한 자유경계층이 형성된다. 본 연구에서는 방충망에 균등류 상태의 일정한 풍 속을 적용하기 위해서 기초실험을 실시하였다. Fig. 4는 다점
Item Specification
Type Eiffel type boundary layer wind tunnel Test section size 3 (width) × 2 (height) ×
15 (length) m Wind speed range 0∼22 m/s Flow uniformity Less than ±1%
turbulence intensity Less than 1%
Table 1 Specifications of the wind tunnel located at National Agricultural Institute Sciences (NAS), Jeonju, Korea
Test section Fan Diffuser chamber Settling Contraction
(a) Overview of the wind tunnel
(b) Fan (c) Settling chamber
(d) Outside view of the test section (e) Inside view of the test section Fig. 3 Overview and main parts of the wind tunnel
풍속계 (Multi Channel Anemomaster 6243 and Probe 0965-00, KANOMAX, Japan)를 사용하여 풍동 내 높이별로 총 10점에 서 샘플링속도 10 Hz로 1분간 측정하여 평균한 풍속을 나타 내고 있다. 풍속 측정 결과, 풍동 바닥판에서 높이 약 40 cm
이상부터 대체로 일정한 풍속의 흐름이 발생하는 것을 확인 할 수 있었다.
라. 풍동실험 방법
앞에서 확인된 풍동 내 자유경계층으로 인하여 풍동실험 시 방충망은 바닥면으로부터 이격되어야 한다. 이를 위해 풍 동 내에 크기가 2×2 m인 보조구조물을 기류방향으로 세워서 균등한 공기의 흐름 속에 방충망을 거치하였다. 방충망을 로 드셀에 연결하는 방법에 따른 영향을 분석하기 위해 Table 1의 2가지 방법으로 로드셀과 방충망을 연결한 후, 풍속을 계 속 올려가며 데이터를 획득하는 기초실험을 실시하였다. Case 1은 보조구조물의 외부에 로드셀을 설치하고 방충망의 끝을 피아노강선을 통해 힘을 전달하는 방식으로, 로드셀이 기류 의 흐름에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다. Case 2은 보조구 조물 측면에 로드셀을 거치하고 방충망과 직접 연결하는 방 식으로, 발생하는 하중을 손실 없이 전달할 수 있다.
기초실험 결과 Case 1은 풍속이 높아지면서 좌우 로드셀에
Connection method Sampling data
Case 1
Load cell
Hanging from the ceiling
Case 2
Baffle plate
Load cell
Insect-net
Fixed to load cell
Table 2 Results of wind tunnel test according to connection methods between load cells and insect net
0
40 80 120 160
0 5 10 15 20 25
Hei gh t ( cm )
Wind speed (m/s)
Fig. 4 Wind speed vertical profile at wind tunnel
걸리는 하중의 편차가 발생하였다. 이는 Case 1의 경우 고정 된 구조물에 부착된 상태가 아니라 천장에 매달려 있기 때문 에, 방충망이 흔들리면서 정면을 바라보지 않는 등의 문제가 발생한 것으로 판단된다. 이에 비해 Case 2는 전 구간에서 Case 1에 비해 양쪽 로드셀에 걸리는 하중의 편차가 작게 나 타났다. 이에 풍동실험 방법으로 로드셀과 방충망을 직접 연 결하는 방식을 택하고, 최종적으로 Fig. 5와 같이 방충망의 양쪽에 로드셀을 각각 세 개씩 설치하여 항력을 안정적으로 측정할 수 있도록 하였다. 그러나 방충망은 유연한 물체로 힘 을 전달하기 힘든 구조이므로 본 실험에서는 로드셀과 연결 하는 좌우 가장자리는 농업시설에서 비닐이나 망을 씌울 때 일반적으로 사용하는 피복패드를 이용하여 고정하였으며, 상 하 가장자리는 피아노강선을 이용하여 방충망의 외형이 사각 을 유지되도록 틀을 잡아주었다.
최대 100 N까지 측정이 가능한 S-beam 형태의 로드셀 (Fig.
6a, CSBA-10L, CURIOTEC, Korea)이 하중 측정에 사용되었 으며, DAQ 시스템 (Fig. 6b, SCXI-1000, SCXI-1520 and SCXI-1314, National Instrument, USA)을 통해 샘플링속도 1 kHz로 1분 동안 측정하여 평균하였다. Fig. 6c는 방충망이 풍 동에 설치된 모습이고 Fig. 6d는 피복패드를 이용하여 방충망 과 로드셀을 연결한 모습으로, 피복패드와 로드셀이 기류의 흐름에 영향을 주지 않도록 외부와 격리한 것을 보여주고 있다.
마. 실험조건
평면 구조물의 경우 끝부분에서 기류의 박리현상으로 인하 여 풍하측에 와류(Vortex)가 발생하게 된다. 그런데 Castro (1971)에 의하면 망의 다공률이 30% 이상인 경우 와류가 거의 발생하지 않는 것으로 보고하고 있다. 본 연구에서 사용된 방 충망은 다공률이 약 65%로 박리현상으로 인한 후류의 변화가
거의 발생 하지 않을 것으로 판단되어 방충망의 상하부 기류 에 대한 영향은 고려하지 않았다.
항력계수를 추출하기 위한 풍동실험 시 고려해 볼 수 있는 변수는 식 (4)에 나타난 바와 같이 항력, 수풍면적 그리고 풍 속이다. 항력은 로드셀을 통해 측정되기 때문에 본 실험에서 는 나머지 두 요소의 영향을 고려하였다. 먼저 수풍면적에 대 한 영향을 알아보기 위해 방충망의 폭을 1 m로 동일하게 한 상태에서 수풍면적을 0.6∼1.35 ㎡까지 5단계로 변경하였으 며, 풍속에 대한 영향은 풍속범위를 약 1∼22 m/s까지 올려가 며 방충망에 걸리는 항력을 측정하였다. 그런데 항력을 측정 할 시 방충망 전면 풍상측에 풍속계를 설치하게 되면 기류에 영향을 미치게 되어 정확한 측정을 할 수 없다. 이에 경계층 확인 시 사용했던 다점풍속계 (KANOMAX, Japan)를 사용하 여 사전에 도류판 내 방충망의 풍상측 중앙에서 샘플링속도 10 Hz로 1분간 풍속을 측정하였다. 항력 측정 시에는 풍속계 를 제거하고 사전에 측정한 풍속의 평균값에 대한 풍동팬의 회전속도를 이용하여 실험을 실시하였다. Fig. 7에서 풍동팬 의 회전속도에 대한 도류판 내부 풍상측에서의 풍속을 나타 내었다.
Baffle plate
Load cell #1
Insect-net
Load cell #2
Load cell #3
Load cell #4
Load cell #5
Load cell #6
Fig. 5 Diagram of wind tunnel test setup
(a) Load cell (b) DAQ system
(c) Insect net installed in the wind tunnel
(d) Connection between insect net and load cell Fig. 6 Wind tunnel test setup
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 풍동실험 시 방충망의 형상변화
Fig. 8은 수풍면적이 1 m2인 방충망의 풍동실험 시 시험부 의 상단에서 찍은 사진을 풍속별로 보여주고 있다. 방충망은 풍속이 증가할수록 계속 부풀어 올랐으며, 풍속 약 20 m/s에 서 방충망의 중앙부가 최대 약 30 cm정도까지 부풀어 오르는 것이 관찰되었다. 이것은 방충망을 구성하고 있는 원형 가닥 들 자체의 탄성에 의한 것이며, 수풍면적은 변하지 않기 때문 에 실험결과에 미치는 영향은 거의 없을 것으로 판단된다.
2. 방충망의 항력과 항력계수
방충망 면적별로 각각의 로드셀에 1분 동안 측정된 평균 하중 값을 Fig. 9에 나타내었다. 여기서 Loadcell #2와 #5가 방충망의 중앙부분 높이에서의 하중 값이며, 나머지는 상단 과 하단에서의 하중 값이며, Loadcell #1∼#3은 풍상측 기준하 여 좌측이고 Loadcell #4∼#6이 우측이다. 모든 경우에서 좌측 과 우측의 하중 값에서 약간의 편차가 발생하였으며, 방충망 의 면적에 따른 차이는 없는 것으로 보인다. 그리고 중앙부에 가장 큰 하중이 걸리는 것으로 나타났으며, 면적이 커질수록 중앙부에 위치한 로드셀이 부담하는 하중비율이 감소하는 것 으로 나타났다. 이것은 상부와 하부 로드셀의 위치가 중앙부 를 기준으로 ±55 cm로 고정인 상태에서 방충망의 면적이 증 가할수록 부담하는 하중이 점점 증가한 것으로 보이며, 전체 하중 값에는 영향이 없는 것으로 판단된다.
방충망 면적별 각 로드셀의 하중 값을 총합하여 Table 3에 0
5 10 15 20 25
0 200 400 600 800
W ind speed (m /s)
Fan rotational speed (rpm)
Fig. 7 Wind speed of windward in baffle plate vs. Fan speed of wind tunnel
(a) Wind speed: about 3 m/s
(b) Wind speed: about 10 m/s
(c) Wind speed: about 15 m/s
(d) Wind speed: about 20 m/s
Fig. 8 Shape change of 1 ㎡ insect net by wind speed
0 20 40 60 80
0 5 10 15 20 25
Wind load (N)
Wind speed (m/s)
Loadcell #1 Loadcell #2 Loadcell #3 Loadcell #4 Loadcell #5 Loadcell #6
0 20 40 60 80
0 5 10 15 20 25
Wind load (N)
Wind speed (m/s)
Loadcell #1 Loadcell #2 Loadcell #3 Loadcell #4 Loadcell #5 Loadcell #6
a) Swept area: 1.35 ㎡ b) Swept area: 1.2 ㎡
0 20 40 60 80
0 5 10 15 20 25
Wind load (N)
Wind speed (m/s)
Loadcell #1 Loadcell #2 Loadcell #3 Loadcell #4 Loadcell #5 Loadcell #6
0 20 40 60 80
0 5 10 15 20 25
Wind load (N)
Wind speed (m/s)
Loadcell #1 Loadcell #2 Loadcell #3 Loadcell #4 Loadcell #5 Loadcell #6
c) Swept area: 1.0 ㎡ d) Swept area: 0.8 ㎡
0 20 40 60 80
0 5 10 15 20 25
Wind load (N)
Wind speed (m/s)
Loadcell #1 Loadcell #2 Loadcell #3 Loadcell #4 Loadcell #5 Loadcell #6
e) Swept area: 0.6 ㎡
Fig. 9 Results of measuring load of insect net by swept area
방충망의 면적 및 풍속별로 정리하였으며, Fig. 10과 11에서 그 결과를 도시하였다. 결과를 살펴보면 방충망에 걸리는 항 력은 동일한 풍속에서는 수풍면적에 비례하고, 동일한 수풍 면적에서는 풍속의 제곱에 비례하는 것으로 분석되었다. 이 것은 구조물의 항력을 계산하는 이론식인 식 (3)에 비추어 볼 때, 본 연구에서의 풍동실험이 적절하게 수행되었다고 볼 수 있다. 또한 풍동 시험부 단면적에 대한 방충망의 면적 비율인 폐쇄율 (Blockage ratio, %)의 최솟값과 최댓값이 각각 10%와 22.5%로 두 배 이상 차이 나지만, 방충망 면적에 대한 항력의
선형성은 유지되고 있다. 이는 방충망의 높은 다공률로 인하 여 실제 폐쇄율은 이보다 작게 나타나는 것으로 생각해 볼 수 있으며, 본 실험에서는 폐쇄율로 인한 벽면효과는 고려하 지 않아도 될 것으로 판단된다.
풍동실험에서 얻어진 항력을 식 (4)에 대입하여 얻어진 방 충망의 항력계수를 Table 4에 정리하고, Fig. 12와 13에 그 결과를 도시하였다. 이때 공기밀도는 1기압 상온에서의 값인 1.225 kg/㎥를 사용하였다. 방충망의 항력계수는 수풍면적에 대해서는 저풍속인 경우 다소간의 차이는 있으나 거의 일정
0 50 100 150 200 250
0.6 0.8 1 1.2 1.4
Dra g Fo rc e (N)
Swept area (m
2)
3.1 m/s 7.9 m/s 12.7 m/s 16.0 m/s 22.7 m/s
Fig. 10 Drag force by swept area of insect net
0 50 100 150 200 250
0 5 10 15 20 25
Drag fo rc e (N)
Wind speed (m/s)
1.35 ㎡ 1.2 ㎡ 1.0 ㎡ 0.8 ㎡ 0.6 ㎡
Fig. 11 Drag force by wind speed Wind
speed (m/s)
Drag force (N)
1.35 ㎡ 1.2 ㎡ 1.0 ㎡ 0.8 ㎡ 0.6 ㎡
1.0 0.51 0.41 0.41 0.29 0.29
1.7 1.49 1.29 1.14 0.85 0.76
2.4 3.14 2.66 2.41 1.79 1.49
3.1 4.99 4.43 3.94 2.99 2.41
4.7 11.77 10.17 8.87 6.87 5.35
6.4 20.75 18.25 15.50 12.31 9.40 7.9 32.18 28.30 24.07 19.04 14.33 9.5 45.87 40.42 34.24 27.17 20.40 11.1 62.06 54.56 45.91 36.56 27.47 12.7 80.76 71.11 59.91 47.26 35.41 14.0 101.80 89.21 74.84 59.40 44.30 16.0 125.55 109.66 91.94 72.70 53.82
17.7 - 132.63 110.31 87.67 65.03
19.4 180.10 156.67 131.47 103.84 76.98 21.1 - 184.05 153.84 121.41 89.88 22.7 244.14 213.38 177.72 139.62 103.69 Table 3 Wind load of insect net according to wind speed and swept area
Wind speed
(m/s)
Drag coefficient
1.35 ㎡ 1.2 ㎡ 1.0 ㎡ 0.8 ㎡ 0.6 ㎡
1.0 0.6846 0.6127 0.7402 0.6579 0.8852 1.7 0.6337 0.6178 0.6537 0.6073 0.7269 2.4 0.6788 0.6468 0.7047 0.6543 0.7251 3.1 0.6178 0.6171 0.6589 0.6255 0.6710 4.7 0.6593 0.6409 0.6707 0.6495 0.6744 6.4 0.6166 0.6101 0.6218 0.6173 0.6283 7.9 0.6237 0.6171 0.6299 0.6228 0.6249 9.5 0.6123 0.6070 0.6169 0.6120 0.6126 11.1 0.6112 0.6045 0.6104 0.6077 0.6088 12.7 0.6083 0.6026 0.6093 0.6008 0.6001 14.0 0.6007 0.5922 0.5962 0.5915 0.5882 16.0 0.5917 0.5814 0.5850 0.5782 0.5708
17.7 - 0.5735 0.5724 0.5686 0.5624
19.4 0.5797 0.5673 0.5713 0.5641 0.5575
21.1 - 0.5626 0.5643 0.5567 0.5495
22.7 0.5757 0.5660 0.5657 0.5555 0.5501 Table 4 Drag coefficient of insect net according to wind speed and swept area
한 값을 보여주고 있다. 풍속에 대해 살펴보면 5 m/s 이하의 저풍속 범위에서는 항력계수의 변동이 있으나, 풍속이 증가 할수록 감소하는 경향을 보이고 있으며, 풍속이 약 20 m/s를 넘는 범위에서는 약 0.55∼0.57의 범위에서 수렴하는 것으로 보인다.
Ⅳ. 결 론
본 연구에서는 배 무봉지재배를 위한 망시설 설계에 필요 한 풍하중을 산정하기 위하여, 풍동실험을 통해 방충망의 항 력을 측정하고 그로부터 항력계수를 추출하였다. 그 결과 다 음과 같은 결론을 얻었다.
1) 방충망과 로드셀은 와이어를 통한 연결보다는 직접 연 결하는 방법이 양쪽 로드셀에 걸리는 하중 값의 편차를 줄일 수 있고, 데이터를 안정적으로 획득할 수 있는 것 으로 나타났다.
2) 방충망의 수풍면적을 0.6∼1.35 ㎡로 하고 각각의 경우 에 대해 풍속을 약 1∼22 m/s로 변경하며 항력을 측정한 결과, 방충망에 작용하는 항력은 풍속의 제곱에 비례하 고 수풍면적에는 비례하는 것으로 나타났다. 이는 풍하 중 산정의 이론식에 잘 부합하며 실험이 잘 실시되었다 고 볼 수 있다.
3) 풍동실험 시 높은 폐쇄율로 인한 벽면효과는 발생하지 않은 것으로 보이는데, 이는 실험에 사용된 방충망의 다 공률이 약 65% 정도로 높아서 실험 단면을 통과하는 기 류의 흐름에 영향을 거의 미치지 않은 것으로 판단된다. 4) 방충망의 항력계수는 10 m/s 이하의 저풍속에서는 0.6∼
0.7 범위에 있으나, 고풍속인 20 m/s이상에서 0.55∼0.57
의 범위에서 수렴하는 것으로 보인다. 그러나 원예특작 시설의 지역별 설계기준 풍속이 모두 20 m/s를 상회하고 있기 때문에, 방충망 시설의 설계 시에는 항력계수는 0.56을 사용하는 것이 적합하다고 판단된다.
5) 본 연구에서 제시하는 항력계수를 이용하여 추후 동일 한 규격의 망을 이용한 방충망 시설 설계 시, 기류방향 에 대한 풍하중을 산정하는 기초자료로써 활용될 수 있 을 것으로 기대된다.
감사의 글
본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업과학기술 연구 개발사업(과제번호: PJ01248101)의 지원에 의해 이루어진 것임.
REFERENCES
1. Castellano S., G. Scarascia Mugnozza, G. Russo, D.
Briassoulis, A. Mistriotis, S. Hemming, and D.
Waaijenberg, 2008. Plastic nets in agricultural: A general review of types and applications. Applied Engineering in
Agriculture 24(6): 799-808 (in Korean). doi:10.13031/
2013.25368.
2. Castro, I. P., 1971. Wake characteristics of two-dimensional perforated plates normal to an air-stream. Journal of Fluid
Mechanics 46(3): 599-509. doi:10.1017/S0022112071000
727.3. Kim, S. H., 1999. Studies on the development of prevention technology of disasters and labor saving cultural
0.5
0.6 0.7 0.8 0.9 1
0.6 0.8 1 1.2 1.4
Dra g coef fi ci en t
Swept area (m
2)
3.1 m/s 7.9 m/s 12.7 m/s 16.0 m/s 22.7 m/s
Fig. 12 Drag coefficient by swept area
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0 5 10 15 20 25
Dra g coef fi ci en t
Wind speed (m/s)
1.35 ㎡ 1.2 ㎡ 1.0 ㎡ 0.8 ㎡ 0.6 ㎡
Fig. 13 Drag coefficient by wind speed
practice in Pear. Ministry of Agriculture and Forestry (in Korean).
4. Kim, Y. M., J. G. Jeon, and K. P. You, 2006. Wind tunnel experiment about effect of protection against wind according to the variation porosity of wind fence. Journal
of the Architectural Institute of Korea Structure &
Construction 22(2): 91-97 (in Korean). doi:10.1007/
s00254-008-1219-y.
5. Kim, W. S., 2013. Selection of suitable cultivars for processing and development on cost reduction of production in Asian Pear, 4. Rural Development Administration (RDA) (in Korean).
6. Kwon, S. D., D. H. Kim, S. H. L, and H. S. Song, 2011.
Design criteria of wind barriers for traffic. Part 1: wind barrier performance. Wind and Structures 14(1): 55-70. doi:
10.12989/WAS.2011.14.1.055.
7. Lee, S. G., 1995. Greenhouse structural requirements, Rural Development Corporation of Korea (in Korean).
8. Ministry of the Interior and Safety (MOIS), 2009~2018.
Statistical yearbook of natural disaster (in Korean).
9. Shim, K. M., M. S. Kim, Y. S. Kim, M. P. Jung, H. Hwang, and S. C. Kim, 2013. Meteorological analysis of installation effects of a windbreak net on reducing wind speed at an apple orchard. Korean Journal of Agricultural
and Forest Meteorology 15(4): 298-303 (in Korean). doi:
10.5532/KJAFM.2013.15.4.298.
10. Statistics Korea (KOSTAT), 2015. Agriculture, Forestry &
Fishery Census Report (in Korean).
11. Yim, S. H., K. S. Cho, J. H. Choi, J. H. Lee, U. Y. Lee,
H. J. Seo, B. L, and S. S. Kang. 2017. Characteristics of non-bagging pear fruit according to cultivars of different ripening time and fruit skin color. Horticultural Science
Technology 35(1): 125 (in korean).
12. You, K. P., 2005. Wind tunnel experiment about effect of protection against wind according to the variation porosity of wind fence. Journal of the Architectural Institute of
Korea Structure & Construction 21(4): 109-116 (in
Korean).13. You, K. P., J. Y. You, and Y. M. Kim, 2009. Effect of wind Fences in reducing wind velocity at fruit farms.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure
& Construction 25(2): 99-106 (in Korean).
14. Yum, S. H., K. J. Kwon, S. H. Sung, and Y. D. Choi, 2007.
The installation effect and optimal pipe sizes of an anti-wind net by computational analysis. Journal of
Biosystems Engineering 32(6): 430-439 (in Korean). doi:
10.5307/JBE.2007.32.6.430.
15. Yum, S. H., and S. H. Kang, 2013. An experimental study on characteristics of pressure drop of screens used in horticultural facilities. Journal of the Korean Society of
Agricultural Engineers 55(6): 31-35 (in Korean). doi:
10.5389/KSAE.2013.55.6.031.
16. Yum, S. H., S. H. Kang, S. H. Kim, S. B. Lee, and M.
Y. Kim, 2011. Effects of an anti-wind net on wind velocity reduction by a wind tunnel test and CFD. Journal of
Biosystems Engineering 36(5): 355-360 (in Korean). doi:
10.5307/JBE.2011.36.5.355.
