不同目數防蟲網的風荷載試驗研究

閆冬梅 徐開亮 張秋生 李曉野

|摘要|文章針對5種常用目數的防蟲網進行風荷載試驗研究，通過風洞試驗研究風荷載與防蟲網孔隙率的關系，對實際工程中防蟲網室設計時風荷載取值提供一定依據。

前言

許多作物在生長過程中會受到害蟲的侵擾，如何減少農藥的使用，實現綠色農業是未來發展的重要內容[1-2]。覆蓋防蟲網是一種采用物理方法阻隔害蟲的有效措施，防蟲網目數的選擇以防蟲網室和溫室大棚內種植作物需要防范的害蟲種類和大小為依據[3-5]。防蟲網的規格通常以目數表示，即每英寸的孔眼數量，目數越大，孔眼數量越多，孔眼尺寸也越小。

現有的溫室大棚，覆蓋物大多采用玻璃、塑料膜等不透風材料，目前依據溫室荷載的取值范圍《農業溫室結構荷載規范》（GB/T51183-2016）[6]，但其主要用于溫室大棚覆蓋物不透風且處于封閉狀態時的荷載選取，不包括覆蓋防蟲網時的荷載選取。防蟲網為透風材料，不同目數防蟲網孔隙率有所不同，透風程度也不同，與不透風材料有所區別。如果防蟲網室設計時不考慮防蟲網的透風影響，會導致結構構件計算結果偏大，增加造價成本;如果設計時按全透風考慮，會導致結構構件計算結果偏小，結構偏不安全。

目前國內與防蟲網有關的工程建設標準主要有兩個：一是江蘇省地方標準《大中型蔬菜鋼架防蟲網室建設規范》（DB32/T 1757-2011）[7]，但該標準對于防蟲網室荷載選取以及構件規格多為經驗總結，未涉及防蟲網室風荷載的計算方法;二是《溫室防蟲網設計安裝規范》（GB/T 19791-2005）[8]，該標準是從種植工藝和植保角度規范如何選擇防蟲網，兩個標準均不能用于指導結構設計。目前對于防蟲網室的荷載研究相對較少[9]，而防蟲網室在設計時風荷載的取值大小，將影響結構設計結果的安全性和合理性。

文章針對5種常用目數的防蟲網進行風荷載試驗研究，通過選擇不同目數的防蟲網，利用風洞試驗臺產生不同速度的氣流，模擬自然界不同等級的風力，測量各種組合下的風壓值，得到風荷載與防蟲網孔隙率的關系，為實際工程中防蟲網室設計時風荷載取值提供一定依據。

試驗設備及原理

風洞試驗臺采用中國農業大學重點開放實驗室購置的農業設施性能測試裝置，由美國International Air Technologic Inc公司生產。該裝置由輔助風機、氣流場整流篩網、風量噴嘴、壓力儀等組成，可檢測樣品在各種靜壓條件下的風量。風洞試驗臺測試原理示意見圖1[9]，測試流程為：通過調節輔助風機提供不同速度的氣流-氣流經過第一個氣流整流篩整流后速度基本均勻一致-通過調整風量噴嘴數量再次調節氣流速度大小-氣流再經過第二個氣流整流篩整流達到平穩-氣流通過待檢測樣品，通過壓力儀記錄靜壓值和動壓風量。圖2為風洞試驗臺的輔助風機和風量噴嘴。

試驗前期準備與試驗方法

試驗前期準備

◆樣品準備

本試驗選用30、40、50、60、80目共5種防蟲網進行試驗，具體規格見表1。

◆樣品孔隙率測量

利用倒置式光學顯微鏡進行孔隙測量，將每種防蟲網樣品分別裁取10 cm×10 cm的小塊進行測量。倒置式光學顯微鏡見圖3，顯微鏡觀測系統主要包含置物臺、物鏡、目鏡，物鏡放大倍數為5×、10×，目鏡放大倍數為10×，倒置式光學顯微鏡可與計算機圖像分析軟件連接，將目鏡里觀察到的信息轉換到視頻接口和攝像頭，啟動計算機中圖像分析軟件，即可觀察到來自顯微鏡的實時的圖像。

將10 cm×10 cm的小塊防蟲網放置在顯微鏡置物臺上，隨機選取4個位置的孔眼進行測量，取平均值，計算防蟲網孔隙率?？紫堵蕿閱挝幻娣e內孔眼總面積占單位面積的百分比。試驗測量了30、40、50、60、80目的防蟲網，5種防蟲網圖像分析系統微觀測量圖見圖4～8。

顯微鏡測量時選用目鏡放大倍數為10×，物鏡放大倍數為5×，依據防蟲網測量值，線徑單位為mm，可通過下式計算實際線徑：

實際線徑=測量線徑×103/（目鏡放大倍數×物鏡放大倍數）

現有防蟲網樣品孔眼均為矩形，依據5種目數防蟲網微觀測量結果，取每種目數防蟲網的兩個樣品數據的平均值，得到不同目數防蟲網的線徑、孔隙率等參數，見表2。

依據防蟲網微觀測量值及孔隙率分析表，可以得到以下結果：50目防蟲網孔隙率最小，為36.48%;30目防蟲網孔隙率最大，為63.90%，其余3種防蟲網孔隙率居中，且數據基本一致。

◆風洞試驗臺開洞尺寸確定

根據《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012）附錄E可得風壓-風速的關系式公式（1）：

其中wp為風壓，單位為kN/m2;ρo為空氣密度，單位為kg/m3;v為風速，單位為m/s。

由于空氣密度（ρo）和重度（g）的關系為ρ=ρo×g，因此有ρo=ρ/g?？傻玫焦剑?）：

此式為標準風壓公式。在標準狀態下（氣壓為1013 kPa，溫度為15℃），密度ρ=0.01225 kN/m3。緯度為45°時重力加速度g=9.8 m/s2，得到公式（3），此式為用風速估計風壓的通用公式（3）。

目前國內對防蟲網室設計使用年限尚無規定，現行國家標準《農業溫室結構荷載規范》（GB/T 51183-2016）對塑料大棚設計使用年限規定為10年。本研究按照防蟲網室設計使用年限按不高于塑料大棚考慮，通過模擬10級風進行風荷載試驗可基本滿足全國大部分地區實際使用要求。

風洞試驗臺的最大風量為60000 m3/h，10級風風速范圍為24.5～28.4 m/s，選取風速中間值25 m/s計算，風洞試驗臺對應出風口面積為：

A=60000/（25×3600）=0.67 m2

為簡化試驗，風洞試驗臺出風口尺寸定為0.8 m×0.8 m，即防蟲網有效測試面積為0.64 m2。

◆加工固定防蟲網用竹膠板

依據風洞試驗臺安裝洞口實際尺寸和計算的本試驗出風口尺寸，將1.2 cm厚度的竹膠板切割為“回”字形，外形尺寸等于風洞試驗臺安裝洞口實際尺寸，在中間切割出0.8 m×0.8 m洞口，用于安裝待測防蟲網，在竹膠板四周安裝卡扣，將其固定于風洞試驗臺上。

試驗方法

◆安裝待測防蟲網

在竹膠板0.8 m×0.8 m洞口四周用卡槽卡簧固定待測防蟲網。要求防蟲網繃緊、平整，固定可靠。

◆試驗開展

通過調節風洞試驗臺的輔助風機轉速，進而調控氣流速度，對照不同風速等級風速進行增加，從0 m/s直至達到最大25 m/s。在每一等級氣流速度下，待氣流穩定后，通過試驗臺兩個壓力儀分別測定不同氣流速度時的靜壓值及動壓風量，記錄試驗數據。

◆重復試驗

更換其它目數防蟲網，重復以上試驗步驟，每種樣品的防蟲網進行兩組試驗。

試驗結果及分析

試驗結果

5種目數防蟲網風荷載試驗數據記錄結果見表3～7，數據記錄表中靜壓（Pa）即為結構設計中的風荷載，動壓風量為通過待測防蟲網后的動壓風量。

數據統計及計算

根據公式1和公式3，總風壓在遇到障礙物的阻擋時，被分為靜壓和動壓，因此可得到公式（4）：

其中ω為總風壓，單位為kN/m2，ω靜為靜壓，單位為kN/m?，ω動為動壓，單位為kN/m?。通過計算，不同目數防蟲網風荷載試驗數據見表8～17。

風阻系數（γ），為靜壓與總壓的比值，見公式（5）。

依據不同目數防蟲網的風荷載數據，可得到總風速與靜壓的相關曲線圖。如圖9～13所示，橫坐標為總風速（m/s），縱坐標為靜壓（Pa）。

依據以上5種目數防蟲網的兩組數據進行線性擬合，得到不同目數防蟲網的靜壓值比較，圖14為不同目數防蟲網靜壓比較圖。

試驗討論與結論

文章主要針對目前農業生產中常用的5種目數的防蟲網進行風荷載試驗研究，通過試驗可得到以下結論：

（1）相同目數的防蟲網，靜壓值與風速呈正相關，靜壓值隨著風速增大而增大;

（2）通過測量試驗選取的防蟲網的孔隙率，可知50目防蟲網孔隙率最小，30目防蟲網孔隙率最大。30目防蟲網風阻系數為0.75，40目防蟲網風阻系數為0.81，50目防蟲網風阻系數為0.83，60目防蟲網風阻系數為0.77，80目防蟲網風阻系數為0.77，其中50目防蟲網風阻系數最大。

本試驗采用的是潔凈的新防蟲網，實際應用中防蟲網易附著雜物，致使風阻系數增大，結構計算時應予以考慮。因防蟲網生產廠家多，生產材料、工藝等均有不同，試驗僅針對部分廠家的防蟲網進行了試驗，因此試驗結果還有一定局限性，下一步可擴大樣品數量，實現應用更廣泛的試驗結果。

參考文獻

[1] 張健，胡春玲，陳麗.生態農業中植物保護的核心技術及措施[J].農業開發與裝備，2020（3）：110.

[2] 葛金萍，孫雪梅，季錦美.防蟲網在葉菜類蔬菜綠色防控中的應用效果初報[J].上海農業科技，2019（3）：112-113.

[3] 董慧，顏志明，嵇怡，等.不同目數防蟲網覆蓋對不結球白菜生長及防蟲效果的影響[J].長江蔬菜，2013（20）：63-65.

[4] 鄒優君.防蟲網技術在沃柑無公害種植中的應用[J].廣西職業技術學院學報，2017，10（5）：9-12.

[5] 吳桂福，丁建娣，蒲曉東，等.蔬菜防蟲網的功能、設計與應用技術[J].農技服務，2011，28（10）：1446-1447.

[6] GB/T51183-2016農業溫室結構荷載規范 [S].2016.

[7] DB32/T1757-2011大中型蔬菜鋼架防蟲網室建設規

范 [S].2011.

[8] GB/T19791-2005溫室防蟲網設計安裝規范[S].2005.

[9] 侯翠萍，馬承偉，王順生，等.溫室防蟲網通風局部阻力試驗研究[J].農業工程學報，2007（1）：179-182.

*項目支持：農業農村部規劃設計研究院自主研發項目“規?；老x網室結構優化設計研究”（2018ZZYF0205）。

作者簡介：閆冬梅（1989-），女，北京人，工程師，碩士研究生，研究方向為農業結構工程。

[引用信息]閆冬梅，徐開亮，張秋生，等.不同目數防蟲網的風荷載試驗研究[J].農業工程技術，2020，40（16）：57-63.