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점적 관개 in-line PC Emitter의 설계 최적화를 위한 효율적인 유체·구조 연계해석과 Kriging 기반 대체 모델 개발
서병훈 ( Byunghun Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),김동수 ( Dongsu Kim ),서예진 ( Yejin Seo ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
근래의 농업환경과 기후의 변화는 수자원 안전성을 위협하고 있으며, 점적 관개 시스템은 노지 및 시설재배에서 효율적인 물소비가 가능하게 한다. In-line형 pressure compensate (PC) emitter는 점적 관개 시스템의 파이프 내벽에 부착되어 용수를 직접적으로 공급하는 부품이다. 본 연구에서는 in-line PC emitter의 수리학적 성능을 분석하는 Fluid-Structure Interaction (FSI) 시뮬레이션을 개발하고, Kriging 보간 기법에 기반하여 최적화 설계 기법을 개발하였다. 해석의 정확도를 확보하면서 시간을 단축시키기 위해, 상사 법칙으로 확대된 in-line PC emitter의 실험을 수행하고 이를 기반으로 FSI 시뮬레이션의 경계 조건과 이론적 모델 등을 결정하였다. 데이터를 구축하기 위해 in-line PC emitter 내부 구조 치수와 실리콘 물성치 등 수리학적 성능에 영향을 미치는 설계 매개변수를 결정하였다. 설계 매개 변수별로 모델링된 in-line PC emitter을 FSI 시뮬레이션으로 해석하였으며, 해석 데이터을 이용하여 수리학적 성능을 예측하는 Kriging 보간 기법 기반의 대체 모델을 개발하였다. 본 연구의 in-line PC emitter의 최적화 설계 기법은 추후 대상 농지의 작황에 적합한 점적 관개 시스템의 설계를 용이하게 할 것으로 기대한다.
3차원 유동해석을 이용한 댐 여수로 Piano Key Weir의 형상 고도화 및 방류 능력 평가
서예진 ( Yejin Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 기상이변 등의 영향으로 집중호우의 강도의 증가를 보이는 추세이고, 이로 인해 하류 피해 위험도가 높은 댐에 대하여 홍수의 월류에 의한 댐의 파괴를 대비할 필요가 있다. 이에 따라 댐의 안전성 확보를 위한 댐 설계 기준이 강화되었고, 가능최대홍수량(PMF) 유입에 맞는 설계 홍수량의 상향 조정이 이루어졌다. 특히 기존 댐에 대하여 증가된 설계 홍수량을 적용하기 위해서 수문 설치, 상류댐 건설이나 여수로(spillway) 구조물의 설치, 보완, 증설 등의 구조물적 대책이 제안되었다. 하지만 시공 측면에서 고려 사항이 더욱 복잡하고 비교적 큰 추가 비용이 소요되기 때문에, 가능한 증설 규모를 최소화할 수 있는 대안으로서 Piano Keys Weir (PK weir) 설치가 제안되었고 이후 더 높은 치수 증대를 위한 PK weir의 최적 구조가 연구되어왔다. 본 연구에서는 PK weir 구조의 기하학적 특성을 이해하고 기존에 제안된 구조 형상과 비교하여 상승된 방류 능력을 도출하기 위해 PK weir의 구체적인 변수를 변경 및 설정하고 이를 FLOW-3D를 이용한 CFD 분석을 실행하였다. 이를 바탕으로 기존의 PK weir와 새로 제시한 PK weir의 방류 능력 결과를 평가 및 비교하고 수리적 유동 특성을 분석하여 개선된 방류 능력을 보이는 새로운 PK weir의 매개변수를 제시하였다.
영농형 태양광 발전 시설 하부의 일사량 분포 모델 개발
정영준 ( Youngjoon Jeong ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-
작물 생산과 태양광 발전을 동시에 수행하는 영농형 태양광 발전 시설은 지표면에 도달하는 태양광의 일부를 차단하여 시설 하부에 도달하는 일사량을 감소시키며, 이는 태양광 발전 시설 하부의 작물 생장을 저해할 수 있다. 또한 패널설치 조건에 따라 일반 노지에 비해 지표면에서의 일사량 분포가 시간적·공간적으로 복잡하게 변동한다. 따라서 본 연구에서는 광 시뮬레이션 모형을 이용하여 영농형 태양광 발전 시설 하부 농지의 일사량 분포를 예측하는 모델을 개발하고, 다양한 패널 설치 조건에 따라 하부 농지에서의 일사량 분포를 모의하고자 하였다. 먼저 특정 시각에서의 태양의 고도각 및 방위각을 계산하고 천공적분법과 광선추적법을 활용하여 특정 지점에서 태양광선이 패널과 교차하는지 검토한 뒤 해당 지점에 최종적으로 도달하는 일사량을 추정하였다. 이때 작물의 광합성 과정에 사용되는 파장대의 복사인 PAR (Photosynthetically Active Radiation)만을 고려하기 위하여 단파복사량으로부터 PAR을 추출하는 모델을 적용하였으며, 직달일사와 산란일사를 별개로 고려하기 위하여 직산분리 모델을 적용하였다. 직달 일사량은 그림자가 드리우는 위치에는 전혀 도달하지 못했으며, 산란 일사량은 패널 어레이 가장자리에 중심부보다 많이 도달하는 것을 확인하였다. 또한 월별 일사량 분포를 살펴보면 월별로 태양 고도가 변화함에 따라 일사량의 분포가 크게 변화하였다. 패널 설치 높이에 따라서는 하부 일사량의 총합에는 큰 변화가 없었으나 높이가 높아질수록 하부 일사량이 더 균일하게 분포하였다. 패널 각도에 따라서는 월별로 최적의 각도가 달랐으나 일사량 총합에 큰 차이가 없었다.
극성 유도를 이용한 온실 피복재 표면 미세먼지 부착 특성 연구
서병훈 ( Byunghun Seo ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이상익 ( Sangik Lee ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),김동수 ( Dongsu Kim ),최원 ( Won Choi ),이승재 ( Seungjae Lee ),이재한 ( Jaehan Lee ),홍은미 ( Eunmi Hong ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-
본 연구에서는 농업용 비닐하우스(온실) 피복재에 부착된 대기 중 미세먼지를 제거하는 최적의 방법을 도출하기 위해 해당 현상의 상사 실험을 재현하였다. 실제 현장에서 실험을 통해 제작한 피복재의 광 투과율과 피복재 표면 미세먼지의 부착력을 상사 실험을 통해 공학적으로 재현해내기 위해 피복재에 극성을 유도하여 부착력을 조절하였다. 상사 실험은 황사 미세먼지와 가장 유사한 Arizona test dust를 사용하였으며, 온·습도를 실제 실험과 동일하게 통제시킨 환경의 밀폐된 챔버에서 상사 실험을 진행하여 미세먼지 부착 피복재를 제작하였다. 먼저, 미세먼지 농도(PM<sub>2.5</sub>, PM<sub>10</sub>)를 조절하여 상사 실험과 실제 실험을 통해 제작된 미세먼지 부착 피복재의 광 투과율이 같아지는 농도를 비교하였다. 또한, 같은 온·습도, 광 투과율을 만족하는 각각의 시편이 세척제에 의해 감소하는 광 투과율이 같아지도록 하기 위해 피복재에 극성을 유도하고 미세먼지와의 전기적 힘을 조절하였다. 실험 결과, 본 연구에서 전기적인 힘이 비닐하우스(온실) 피복재의 미세먼지 부착 특성에 영향을 미치는 것을 파악하였으며 이를 조절할 수 있었다. 또한, 음전하를 주로 띄는 황사 미세먼지의 세척에 양이온 계면활성제 계열의 세척제의 효과가 더 큰 경향을 나타내는 것을 확인하였다.