작물은 복잡한 형상 때문에 CFD모델에서 다공성 매체로 설계된다. 작물이 고려된 CFD 모델 해석을 위해서는 작물군락의 공기저항값을 입력하여야 하며, 이 값은 작물에 따라 달라진다. 본 연구에서는 풍동실험을 통해 국화군락의 공기저항 값을 구하였다. 풍상측에서는 풍속과 재식밀도가 증가할수록 정압이 증가하였다. 풍하측에서는 풍속이 증가할수록 정압이 낮아졌으나 재식밀도의 영향은 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 풍속과 재식밀도가 증가할수록 풍상측과 풍하측의 압력차가 커지는 것으로 나타났다. 국화군락의 공기저항값인 항력계수 Cd값은 0.22였으며, Fluent 프로그램의 공기저항 계수로 이용한다. CFX 프로그램에서 필요로 하는 다공성 매체의 특성값 KQ는 재식간격 9×9cm일 때 2.22, 11×11cm일 때 1.81, 13×13cm일 때 1.07이었으며, 이 값을 CFX 프로그램의 quadratic resistance coefficient로 입력한다.

온실의 환기연구를 위한 CFD 시뮬레이션 모델에 토마토 작물을 설계함에 있어서 우선적으로 작물군의 기하학적 형상 설계 및 이의 공기 항력계수를 찾고자 하였다. 작물군 형상을 간단한 형태의 공기투과성 매체로 설계하고 이의 공기저항의 물리적 특성을 풍동실험을 통하여 구하였다. 토마토 작물군과 작물군 사이에서 측정된 값과 작물군 중앙부에서 측정되어진 값들을 분리하여 계산하여 된 결과 공기저항값인 항력계수 Cd 값은 각각 0.2551와 0.2621로 나타났다. 최종적으로 이들의 평균값인 0.26을 Fluent CFD 프로그램의 작물군 공기투과성 매체의 x, y, z축의 내부저항값으로 입력되었다. 이 실험결과를 이용하여 전산유체역학 (CFD)을 이용한 시설내 작물군이 존재하는 경우의 온실 환기연구를 효과적으로 수행할 수 있게 되었다. 또한 풍동을 이용한 작물의 공기저항 연구를 위한 실험방법을 개발하여 앞으로도 다양한 작물들을 대상으로 공기유동의 물리적 특성연구를 수행할 수 있게 되었다.

Experiment was performed in a newly developed wind tunnel with light system to determine the aerodynamic resistance and eddy diffusivity above the plug stand under artificial light. Maximum air temperature appeared near the top of the plug stand under artificial light. Since Richardson number was ranged from -0.07 to +0.01, the atmosphere above the plug stand in wind tunnel was in an unstable or near- neutral stability state. The average aerodynamic resistance at rear region of plug stand was 25 % higher than that at middle region. Eddy diffusivity(KM) linearly increased with the increasing air current speed. KM at air current speed of 0.9 m.s-1 was about two times as many as that at air current speed of 0.3 m.s-1. And average KM at the rear region was 15% lower than that at the middle region. These results indicated that the diffusion of heat and mass along the direction of air current inside the plug stand was different. It might cause the lack of uniformity in the growth and quality of plug seedlings. The wind tunnel developed in this study would be useful to investigate the effects of air current speed on microclimates and the growth of plug seedlings under artificial light in a semi- closed ecosystem.

The aerodynamic resistance(Ra) to vertical transfer in the surface boundary layer can be formulated in terms of the friction velocity, height of observation, vertical heat flux and surface roughness. Unlike previous studies which focused on the role of Rc, present study perform additional tests using a variety of Ra formulae. Several Ra formulations available in the literature, suitable for unstable conditions, were tested for their influence on the dry deposition velocity. The canopy resistance(Rc) determines the shape of the diurnal pattern, while a small amplitude diurnal cycle in Vd was attributed to the aerodynamic resistance. The aerodynamic resistance is the major contributor to the formation of spikes in nighttime and Ra is relatively important at night because the canopy resistance is smaller. All formulations show similar diurnal cycle and yield good agreement with the observations. Although present Vd formulations are suitable for numerical air quality models, the research must continue for further improvements in resistance parametrizations.