토마토 작물의 공기저항 예측을 위한 CFD 적용 토마토 모델 개발 = Development of tomato shape model in CFD simulation for estimation of aerodynamic resistance inside greenhouse
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2020
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83-83(1쪽)
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온실은 시설 내 작물을 재배하기 위하여 설계되었기 때문에 미기상을 예측할 때는 작물이 미치는 영향과 작물에 미치는 영향 모두를 고려하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 작물은 주변 공기 유동을 방해하는 저항체로 작용하며, 특히 토마토 작물과 같은 높은 캐노피 작물이 온실 내 공기역학적 저항에 영향을 미치기 때문에 내부 기류, 온도 패턴, 자연 환기에 큰 영향을 미친다. 기존 전산유체역학 (Computational fluid dynamics; CFD) 연구에서는 풍동실험을 통하여 토마토 작물 전후의 압력 강하를 측정하고, 다공성 매체에 공기역학적 저항을 적용하여 토마토 작물을 구현하였다. 그러나, 기존 CFD 연구에서의 내부 기류 패턴은 작물의 모양을 단순화 했기 때문에 실제 기류 패턴과 다르게 나타나는 문제점이 있었다. 현재 컴퓨터의 기술이 급속도로 발전함에 따라 CFD 시뮬레이션과 같은 수치해석 기법은 크게 개선되었다. 따라서, 본 연구에서는 CFD 시뮬레이션에서 토마토 작물에 의한 공기의 흐름을 보다 정확히 예측하기 위하여 실제 토마토 작물의 3차원 형상 모델을 개발하고자 한다. 먼저, 풍동실험을 통하여 토마토 작물 전후의 압력 강하를 측정하였으며, 토마토의 공기 역학적 저항을 계산하였다. 3차원 스캐너를 이용하여 토마토 작물 형상을 스캔하였으며, 스캔 데이터를 가공하여 토마토 작물의 3차원 형상 모델을 설계하였다. CFD 시뮬레이션에 설계한 토마토 작물 형상 모델을 적용하였으며, 풍동 실험에서 측정한 압력 강하량과 비교를 통한 검증을 수행하였다. 검증을 통하여 최종 토마토 작물 형상 모델을 개발하였고, 토마토 작물 3차원 형상 모델 적용에 따른 온실 내부 환기량 분석을 수행하였다.
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