토마토 작물의 공기저항 예측을 위한 전산유체역학 작물 모델 개발

김락우 ( Rack-woo Kim ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

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 공기의 유동을 방해하는 저항체로 작용하며 공기 유속, 유동량, 난류성 등에 영향을 미친다. 따라서 전산유체역학 기법을 이용하여 현실적인 공기유동, 미기상 변화 등의 물리적 현상을 모의하기 위해서는 다공성과 같은 작물의 특성을 필수적으로 고려하여야 한다. 작물은 복잡하고 불규칙한 형상을 가지고 있기 때문에 개별적인 작물군을 시뮬레이션 모델 상에 정확하게 구현하고 격자망을 설계하는 것은 매우 어려운 과정이 따른다. 이에 따라 대부분의 전산유체역학 연구는 작물을 육면체의 다공성 매체로 가정하며 다공성 매체의 특성 값을 정의함으로써 격자망 설계의 효율성을 높이는 동시에 연산시간을 단축시키는 연구가 다수 수행되었다 (이 등, 2006; Boulard and Wang, 2002 등). 그러나 이러한 방법들은 작물을 단순화하여 수치해석을 진행하였기 때문에 실제 온실 내부의 공기유동과 차이가 발생한다. 현재 전산유체역학과 같은 수치해석기법은 컴퓨터 기술이 급속도로 발전함에 따라 연산 시간이 대폭 감소하였으며 과거에는 해석할 수 없었던 복잡한 유체 유동을 해석할 수 있게 되었다. 컴퓨터 하드웨어의 진보와 함께 기존의 단순화 과정을 거친 토마토 모델의 실제 형상을 모델링 할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 토마토 작물의 공기저항 예측을 위하여 전산유체역학에 적용할 수 있는 토마토 작물 모델을 개발하고자 한다. 먼저 전산유체역학에 적용할 토마토 작물 모델의 검증을 위하여 풍동실험을 수행하였다. 풍동실험은 크기 1.0m×1.2m×4.8m (W×H×L)의 폐쇄 관 안에 토마토 작물을 3그루, 6그루, 9그루를 배치하고 풍속에 따른 압력 강하량을 측정하였다. 풍동실험 이후 각각의 토마토 작물의 잎면적지수를 측정하였으며 측정한 잎면적지수는 토마토 작물 모델을 개발할 때 사용되었다. 토마토 작물 모델 개발을 위하여 먼저 3차원 스캐너를 통하여 대표 토마토 작물의 전체 형상, 개별 잎과 줄기의 형상을 스캔하였다. 토마토 형상 스캔 결과는 Rhinoceros를 통하여 불필요한 부분은 제거되었으며 불명확한 부분은 잎 형상에 맞게 수정되었다. 수정한 결과는 전산유체역학 전처리 프로그램에 입력되었으며 풍동실험 조건과 일치하도록 모델이 설계되었다. 설계된 모델의 총 격자 개수는 약 100만개로 연산을 진행하는데 큰 부하가 발생하지 않았다. 최종적으로 연산결과와 풍동실험 결과와 비교 분석을 통하여 전산유체역학 모델의 검증을 수행하였다. 검증 결과 전산유체역학에 적용하고자하는 토마토 작물 모델은 온실의 미기상 예측을 위하여 활용이 가능하다고 판단되었다.

원자로 내부유동 예측을 위한 상용 전산유체역학 소프트웨어 성능 비교 연구

이공희(Gong Hee Lee),방영석(Young Seok Bang),우승웅(Sweng Woong Woo),김도형(Do Hyeong Kim),강민구(Min Ku Kang) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.12

전산유체역학 소프트웨어의 일부 개발자 및 사용자는 최신 전산유체역학 소프트웨어가 최소한 단상 원자로 안전문제는 타당하게 해석할 수 있을 것으로 생각하지만 계산 결과에는 여전히 제한성 및 불확실도가 존재한다. 현재 한국원자력안전기술원에서는 규제관점에서 원자로 안전문제에 대한 상용 전산유체역학 소프트웨어의 성능평가를 수행하고 있다. 본 연구에서는 축소 APR+ 원자로 내부유동 해석시 다공성 모델을 적용한 상용 전산유체역학 소프트웨어의 예측 성능을 평가하기 위해 ANSYS CFX R.14 및 FLUENT R.14 에 탑재된 수치모델을 이용하여 계산을 수행하였다. 결론적으로 전산유체역학 소프트웨어에 따라 축소 APR+ 원자로 내부유동 분포는 국부적으로 차이가 발생하였다. 비록 제한된 수의 측정치로 인해 상용 전산유체역학 소프트웨어간 예측성능을 평가하기에는 다소 한계가 있으나 CFX R.14 가 FLUENT R.14 에 비해 상대적으로 타당한 예측결과를 제시하였다. 한편 적용된 차분법의 차이로 인해 동일한 격자에 대해 FLUENT R.14 가 CFX R.14 에 비해 상대적으로 많은 계산 메모리를 필요로 하였다. 따라서 대용량 병렬 계산시 가용한 계산 자원에 적합한 전산유체역학 소프트웨어가 선정되어야 한다. Even if some CFD software developers and its users think that a state-of-the-art CFD software can be used to reasonably solve at least single-phase nuclear reactor safety problems, there remain limitations and uncertainties in the calculation result. From a regulatory perspective, the Korea Institute of Nuclear Safety (KINS) is presently conducting the performance assessment of commercial CFD software for nuclear reactor safety problems. In this study, to examine the prediction performance of commercial CFD software with the porous model in the analysis of the scale-down APR (Advanced Power Reactor Plus) internal flow, a simulation was conducted with the on-board numerical models in ANSYS CFX R.14 and FLUENT R.14. It was concluded that depending on the CFD software, the internal flow distribution of the scale-down APR was locally somewhat different. Although there was a limitation in estimating the prediction performance of the commercial CFD software owing to the limited amount of measured data, CFX R.14 showed more reasonable prediction results in comparison with FLUENT R.14. Meanwhile, owing to the difference in discretization methodology, FLUENT R.14 required more computational memory than CFX R.14 for the same grid system. Therefore, the CFD software suitable to the available computational resource should be selected for massively parallel computations.

전산유체역학의 LES 모델을 통한 단동 온실의 풍압 계수 예측

이민형 ( Minhyung Lee ),김락우 ( Rackwoo Kim ),이인복 ( Inbok Lee ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

현재까지 선행 연구에서는 온실의 구조 골조 설계에 적합한 평균 풍압 계수를 제시하고 있다. 그러나, 대부분의 연구에서는 외장재 설계에 사용되는 피크 풍압계수를 고려하지 않는다. 최근 유리 온실 및 대형화 온실이 증가하고 있는 실정에서 외장재 파괴는 빈번하게 발생한다. 이에 따라, 외장재 설계용 피크 풍압계수는 반드시 평가되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 전산유체역학 시뮬레이션을 이용하여 온실의 구조 설계용 평균 풍압계수와 외장재 설계용 피크 외압 계수의 예측을 하였으며 풍동 실험의 결과와 비교 분석을 실시하였다. 먼저, 다양한 환경 조건에 따라 간척지 풍환경을 적용하여 풍동 실험을 통해 단동 양지붕형 온실의 풍압 분포를 측정하였다. 측정한 결과를 바탕으로 전산유체역학 난류 모델 중 유동의 비정상성 흐름 모의가 우수한 LES 난류 모델을 이용하여 시간 별 풍압계수를 도출하였다. 데이터 처리를 거쳐 각 풍압공 위치 별로 평균 풍압계수 및 피크 외압계수를 도출하였으며 풍동 실험으로부터 측정한 풍압계수와 비교 분석하였다. 추가적으로 김락우 (2015)가 SST k-ω 난류 모델로부터 도출한 평균 풍압계수와 본 연구에서 도출한 평균 풍압계수를 비교하였다. 결과에 따르면, 풍동 실험과 전산유체역학의 평균 풍압계수의 정성적인 분포는 매우 일치하였다. 또한, 정량적으로 분석하였을 때 중앙부 라인과 단부 라인에서 풍동 실험 결과와 전산유체역학 결과가 일치함을 알 수 있다. 특히, 기존 김락우 (2015)가 예측한 SST k-ω 모델보다 본 연구에서 사용한 LES 모델이 풍하측 지붕면 및 벽면에서 풍동 실험의 결과를 보다 잘 예측한다. 최대, 최소 풍압계수를 검증 결과, 전산유체역학 모델로부터 도출한 피크 풍압계수는 일부 풍압공에서의 오차를 제외하고 대부분의 풍압공에서 풍동 실험의 결과와 일치하는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서 적용한 전산유체역학 모델은 평균 풍압계수 뿐 만 아니라 피크 풍압계수 역시 적절하게 모의한다고 판단할 수 있다.

LES 난류 모델을 이용한 단동형 온실의 평균 및 피크 풍압 계수 산정

김락우 ( Rack-woo Kim ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

온실은 풍하중에 취약한 경량구조물로 매년 강풍, 호우, 대설 등의 기상재해에 의하여 붕괴되는 피해를 겪고 있다. 이에 따라, 다양한 형태의 원예시설 구조안전 설계기준 정립 필요하며 강풍 피해를 대비하여 원예 시설물의 풍하중에 대한 구조 안정성 평가 및 대책 마련은 필수적이다. 현재까지 선행 연구에서는 온실의 구조 골조 설계에 적합한 평균 풍압 계수를 제시하고 있다. 특히, 김락우 (2015)는 다양한 시도를 통하여 전산유체역학을 통한 평균 풍압 계수를 예측하는 모델을 개발하였지만 피크 풍압 계수에 대한 검증은 시도하지 않았다. 최근, 유리 온실 및 대형화 온실이 증가하고 있는 실정에서 외장재 파괴는 빈번하게 발생하기 때문에 외장재 설계용 피크 풍압 계수는 반드시 평가되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 전산유체역학 시뮬레이션을 이용하여 온실의 구조 설계용 평균 풍압 계수와 외장재 설계용 피크 외압 계수의 예측을 하였으며 풍동 실험의 결과와 비교 분석을 실시하였다. 먼저, 풍동 실험을 통해 다양한 환경 조건에 따라 간척지 풍환경을 적용하여 단동 양지붕형 온실의 풍압 분포를 측정하였다. 측정한 결과를 바탕으로 CFD 난류 모델 중 유동의 비정상성 흐름 모의가 우수한 LES 난류 모델을 이용하여 시간 별 풍압 계수를 도출하였다. 데이터 처리를 통하여 각 풍압공 위치 별로 평균 풍압 계수 및 피크 외압 계수를 도출하였으며 풍동 실험으로부터 측정한 풍압 계수와 비교 분석하였다. 추가적으로 김락우 (2015)가 수행한 SST k-ω 난류 모델로부터 도출한 평균 풍압 계수와 본 연구에서 분석한 평균 풍압 계수를 비교 분석하였다. 결과를 보면 풍동 실험과 전산유체역학의 평균 풍압 계수의 정성적인 분포는 매우 일치함을 알 수 있었다. 또한, 정량적으로 비교하였을 때 중앙부 라인과 단부 라인에서 풍동 실험 결과와 전산유체역학 결과가 일치함을 알 수 있었다. 특히, 기존 김락우 (2015)가 예측한 SST k-ω 모델보다 본 연구에서 사용한 LES 모델이 풍하측 지붕면 및 벽면에서 풍동 실험의 결과를 보다 잘 예측함을 알 수 있다. 전산유체역학 모델로부터 도출한 피크 풍압 계수는 일부 풍압공에서의 오차를 제외하고 대부분의 풍압공에서 풍동 실험의 결과와 일치하는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서 적용한 전산유체역학 모델은 평균 풍압 계수 뿐 만 아니라 피크 풍압 계수 역시 적절하게 모의한다고 판단할 수 있다.

블레이드-와류 간섭 현상에 대한 로터 전산구조동역학/전산유체역학 결합 해석의 상호 비교 연구

박재상,유영현,사정환,정성남,박수형 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

본 연구는 회전익 항공기의 저속 하강 비행 시에 발생하는 블레이드-와류 간섭 (BVI: Blade-Vortex Interaction) 현상에 대하여 두 종류의 로터 전산구조동역학/전산유체역학 연성 결합 해석의 결과를 상호 비교한다. 로터 전산 구조동역학 해석을 위하여 회전익 통합해석 코드인 CAMRAD Ⅱ 와 비선형 유연 다물체 동역학 코드인 DYMORE Ⅱ 를 각각 사용하며, 로터 전산유체역학 해석을 위하여서는 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) CFD 코드인 KFLOW 를 이용한다. CAMRAD Ⅱ/KFLOW 및 DYMORE Ⅱ/KFLOW 연성 결합해석을 HART (Higher harmonic control Aeroacoustic Rotor Test) Ⅱ 에 대하여 수행하여 각각의 공력하중, 로터 트림, 블레이드 끝단 변형, 구조하중 및 후류 위치 등의 해석 결과를 풍동 시험 결과와 비교할 뿐만 아니라 두 종류의 연성 결합 해석 결과를 상호 비교하여 유사점과 차이점을 연구한다. This paper conducts the code-to-code comparison study of rotor CSD (computational structural dynamics)/CFD (computational fluid dynamics) coupled analyses for BVI (blade-vortex interaction) phenomenon in low speed descending flight. The two different rotorcraft CSD codes, a rotorcraft comprehensive analysis code, CAMRAD Ⅱ and a nonlinear flexible multibody dynamics code, DYMORE Ⅱ, are used. RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) code, KFLOW, as a rotor CFD code is loosely coupled with CAMRAD Ⅱ and DYMORE Ⅱ, respectively. The two sets of the coupled analyses, CAMRAD Ⅱ/KFLOW and DYMORE Ⅱ/KFLOW, are compared with the measured airloads, trimmed pitch control angles, blade tip deformations, blade structural loads, and vortex positions of the HART (Higher harmonic control Aeroacoustic Rotor Test) Ⅱ. Through the comparison between CAMRAD Ⅱ/KFLOW and DYMORE Ⅱ/KFLOW analyses, the similarity and the difference of the prediction results are investigated.

전산 유체 역학을 이용한 선박 방향타 주변의 항력 및 양력 계수에 대한 수치 시뮬레이션

구본국 한국융합신호처리학회 2023 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.24 No.2

방향타는 조선 분야에서 중요한 역할을 하기 때문에 방향타의 유체역학적 특성을 조사하기 위해 수치 시뮬레이션이 수행되었다. 유체역학적 힘과 같은 일부 값은 예인 탱크에서 쉽게 측정할 수 있지만, 실험을 통해 압력 분포, 속도 분포, 와류 발생과 같은 유동장에 대한 자세한 정보를 얻기는 어렵다. 본 연구에서는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 방향타에 작용하는 유체역학 계수와 레이놀즈수가 미치는 영향을 연구하였다. 상용 전산유체역학 프로그램 Ansys Fluent를 이용하여 방향타 주위의 유동특성을 연구하였고, 이때 k-epsilon 난류 모델이 사용되었다. 먼저 CFD 상용코드를 이용하여 KCS 방향타의 받음각에 따른 항력계수와 양력계수를 구하였다. 둘째, 동일한 조건에서 2차원 양력계수와 항력계수를 3차원 계수와 비교되었다. 셋째, 레이놀즈수가유체역학적 힘에 미치는 영향이 연구되었다.

전산유체역학 소프트웨어 적용성에 관한 규제 지침 개발을 위한 연료집합체 내부유동 분포 수치해석

이공희(Gong Hee Lee),정애주(Ae Ju Cheong) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.6

가압경수로에서 연료봉 다발 표면의 적절한 열제거는 노심 열적여유도 및 안전성 확보를 위해 중요하다. 많은 전산유체역학 소프트웨어들이 혼합날개가 장착된 연료집합체 내부의 복잡한 유동을 예측하기 위해 사용되어 왔으나, 전산유체역학 소프트웨어의 종합적인 평가를 위한 국내 규제지침이 마련되어 있지 않다. 따라서, 규제 관점에서 국내 원자력 안전 분야에 대한 전산유체역학 소프트웨어의 적용성에 관한 체계적인 평가 및 지침 마련이 필요하다. 본 연구에서는 국내 원자력 안전 분야에 대한 전산유체역학 소프트웨어의 적용성에 관한 체계적인 평가 및 지침 마련을 위해 원자력 안전 문제 계산에서 불확도를 제공하는 주요 인자들인 대류항 차분법 정확도 및 난류 모델이 선회 형태의 혼합날개가 장착된 연료집합체 내부의 난류 유동분포 예측 성능에 미치는 영향에 대한 민감도 분석 결과를 설명하였다. In a pressurized water reactor (PWR), appropriate heat removal from the surface of a fuel rod bundle is crucial to ensure thermal margins and safety. Although many computational fluid dynamics (CFD) software have been used to predict complex flows inside fuel assemblies with mixing vanes, no domestic regulatory guidelines exist for comprehensively evaluating CFD software. Therefore, from a nuclear regulatory perspective, performing a systematic assessment and preparing domestic regulatory guidelines are necessary to determine whether valid CFD software is used for nuclear safety problems. In this study, we provide a systematic evaluation and guidance on the applicability of CFD software to the area of domestic nuclear safety. The results of a sensitivity analysis for the effect of the discretization scheme accuracy for the convection terms and turbulence models (which are main factors that contribute to uncertainty in calculations of nuclear safety problems) on the prediction performance for the turbulent flow distribution inside the fuel assembly with swirl-type mixing vanes were explained.

전산유체역학을 이용한 3차원 날개의 후퇴각 효과 연구

이재훈,정경진 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

본 연구에서는 전산유체역학을 이용한 3차원 날개의 후퇴각에 따른 공력 특성 변화를 고찰하였다. 일반적으로 고속의 비행체는 임계 마하수를 높이기 위해 날개에 후퇴각을 준다. 후퇴각의 의한 공력 특성의 효과를 알아보기 위해 NACA의 실험 데이터를 바탕으로 후퇴각이 0도 및 45도인 두 개의 날개에 대해 전산유체역학을 이용하여 공력해석을 수행하였다. 실험 결과와 공력 계수를 비교하였으며 유동 가시화를 통해 두 날개의 유동 특성의 차이를 살펴보았다. In this study the aerodynamic performance of a three-dimension swept-back wing is considered using the computational fluid dynamics(CFD) technique. Generally, the sweep-back angle is applied to a high speed aircraft to increase the critical Mach number. To study the aerodynamic characteristic of the sweptback wing, aerodynamic analysis is performed for two wings and their sweep angles are 0 and 45 degrees based on the experiment of the NACA report. Aerodynamic coefficients from CFD are compared with experimental data and difference of two wings are studied with post-processing of the analysis result.

전산유체역학을 이용한 강제환기식 육계사의 입기류 도달거리 분석

권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),이인복 ( In-bok Lee ),홍세운 ( Se-woon Hong ),서일환 ( Il-hwan Seo ),하태환 ( Tae-hwan Ha ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

국내 대다수 육계사의 동절기 환기 시스템은 측벽에 설치된 배기 팬 및 다수의 입기 슬롯을 이용한 크로스 환기운영 방식을 채택하고 있다. 그러나 상대적으로 밀도가 높은 차가운 외기가 계군으로 그대로 도달할 경우 계군의 열적스트레스를 유발하여 각종 호흡기성 질병의 원인뿐만 아니라 닭의 쏠림, 성장 저하, 면역력 저하, 폐사율 증대 등 경제적 손실을 야기한다. 따라서 차가운 외기가 계군 내로 도달하는 것을 방지하고 최대한 내부 상단에 존재하는 따뜻한 공기층과 열교환이 이루어지도록 입기류를 유도하는 것이 중요하다. 이에 Zhang 등 (1996, 1999)은 실험실 규모의 축산시설 모형을 대상으로 공간으로 유입되는 기류의 궤적 조절에 대한 기초 연구를 위하여 아르키메데스 수 등을 이용한 입기류 도달거리(Jet-drop distance) 모델을 제시한 바 있다. 이들에 따르면 입기류는 공기 자체가 보유하고 있는 열적에너지, 내부 온도, 유입 각도, 입기구 인근 압력 차, 입기구의 수리학적 형상 등 다양한 요인의 영향을 받는다고 보고하였고 실험을 통하여 아르키메데스 수, Jet-drop factor, 수정 아르키메데스 수 등 다양한 변인과 도달거리간의 상관관계를 도출하였다. 그러나 도달거리 산정에 있어서 이의 정성·정량적 평가가 어려우며 측정 및 판단에 연구자의 주관성이 관여되고, 내부 복잡한 공기 유동 변화에 따른 데이터의 안정성 문제 등을 거론한 바 있다. 또한 실험 모형의 입기슬롯이 1개, 3개에만 국한되는 등 실제 육계사 환기 운영 연구 적용에는 부족하다. 이에 본 연구에서는 전산유체역학기술을 이용하여 Lee 등 (2007)에 의하여 검증된 크로스 강제 환기 방식의 육계사 모형을 대상으로 다중 입기 슬롯으로부터의 입기류 도달거리를 측정하고 이에 대한 특성을 파악하고자 하였다. 다양한 환경 조건에 따른 도달거리 산정을 위하여 슬롯의 설치각도, 외기조건, 6가지 환기량을 변수로 설정하여 총 108가지의 실험 조건을 구성하여 비정상상태에 대하여 계군 평균 높이에서의 온도 변화를 모니터링 하였다. 입기류 도달거리의 산정은 먼저 정성적인 유동장 및 온도장 분석을 통하여 free-jet 조건에 부합되는 결과를 추출하고 계군 높이에서의 온도 데이터를 토대로 정성적 결과와 함께 각 환경 조건에 따른 입기류 도달거리 값을 결정하였다. 도달거리 산정에 있어 실제 실험에서 발생할 수 있는 free-jet조건에 위배되는 경우, 온도 최저구간이 1개 이상 발견되는 경우 등에 대하여 전산유체역학을 이용한 분석의 당위성을 확보할 수 있었으며 추출된 도달거리 데이터를 토대로 입기류 도달거리와 Jet-drop factor 및 수정 아르키메데스 수와의 선형회귀 분석을 수행하였다. Jet-drop factor를 이용한 회귀 모델 A의 경우 단순회귀분석법을 통하여 각각의 회귀 계수를 산정하였고 표본 자료를 통한 결정계수는 0.744수준이었다(P<0.055). 모델 B의 경우 결정계수는 0.737 수준으로(P<0.005) 모델 A와 비교하여 큰 차이를 보이지는 않았다. 본 연구를 통하여 해당 이론과 전산유체역학 시뮬레이션의 접목에 대한 활용 가능성에 대한 검토를 수행하였으며 향후 현장 검증 실험 등을 통하여 시뮬레이션 모델의 정확도 향상, 새로운 변수 도출 및 예측 모델 등의 후속 연구가 필요하다. 향후 다양한 환기 조건에 따른 입기류 도달거리선형 모델 및 데이터베이스 구축을 통하여 동절기 환기 시스템의 탄력적인 운영 및 열환경 조성에 기여할 수 있을 것이라 판단된다.

전산유체역학을 이용한 종란 부화기 공기유동 및 열환경 분석

김찬민 ( Chan-min Kim ),김락우 ( Rack-woo Kim ),이승헌 ( Seung-hun Lee ),문준섭 ( Jun-seop Mun ),석희웅 ( Hee-woong Seok ),안수빈 ( Su-been Ahn ),이선형 ( Sun-hyoung Lee ),박정환 ( Jeong-hwan Park ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

국내 축산업의 경우 국민소득 증대에 따른 수요 증가로 지속적으로 성장하고 있으며 축산업 생산액은 육류 소비 증가와 가격 상승으로 연평균 2.3% 증가하고 있는 추세이다. 가축동향조사에 따르면 한우 371만 두수, 돼지 1,133만 두수, 닭 19,685만 수수, 오리 919만 수수로 국내 가금 산업의 경우 타종의 사육 두수와 비교하여 가장 높은 사육 규모를 가지며 가금 산업의 생산액은 전체 축산업 중 축산물을 제외하고 약 22.5%로 높은 경제적 비중을 차지하고 있다. 가금 산업의 지속적인 성장과 가금류의 안정적인 생산을 위해서는 가금류의 여러 육성 단계를 거쳐 체계적인 관리가 이루어져야하며 육성단계 중 종란의 부화단계에서 부화율을 향상시키는 것이 가장 중요하다. 현재 가금 산업 규모가 지속적으로 성장함에 따라 인공적으로 부화 환경을 조성할 수 있는 부화기가 널리 사용되고 있으나 부화기 내부적절한 발육 환경이 조성될 경우 종란 내부의 배자가 폐사할 수 있으며, 세균 침투로 인한 질병 발생 문제와 함께 부화율이 급격하게 감소할 수 있다. 부화기 통하여 종란의 질적 생산성을 높이고 부화율을 증가하기 위해서는 공기유동, 온도, 습도, CO2 등의 발육 환경 요인을 적절하게 유지할 필요가 있다. 또한, 공조시스템을 최적으로 운영하기 위해서는 근본적으로 환기량, 공조 방식, 전란기 및 종란의 배치 등에 따른 부화기 내의 공기 흐름 분석이 요구되지만 공기 유동은 눈에 보이지 않을 뿐만 아니라 센서 계측을 통해 예측하는 것은 어렵다. 하지만, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)과 같은 공기유동 시뮬레이션은 물리 법칙을 해석하여 유체의 공기역학적 흐름을 예측하고 가시화하는 것이 가능하다. 이에 본 연구에서는 전산유체역학을 이용하여 ㈜대상키우미의 KHS-576 부화기를 설계하여 운영 방식에 따른 내부 공기유동 및 열환경을 분석하였다. 부화기 모델링은 부화기 양쪽 형상의 대칭성을 고려하여 symmetry 경계조건을 적용하여 1/2만 모델링하였으며 계산의 효율성을 위해 종란의 경우 압력 강하량을 측정하여 Porous Media로 모델링을 진행하였다. 부화기의 운영 조건 (팬 속도, 종란 트레이 방향, 종란 트레이 간격)에 따라 Case를 선정하여 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 부화기의 운영 조건별 내부 공기유동 및 열환경 분석을 통하여 종란의 부화율을 향상시킬 수 있는 부화기의 공조시스템 최적 운영 방안을 제시하였다.