闫冬梅 徐开亮 张秋生 李晓野

|摘要|文章针对5种常用目数的防虫网进行风荷载试验研究，通过风洞试验研究风荷载与防虫网孔隙率的关系，对实际工程中防虫网室设计时风荷载取值提供一定依据。

前言

许多作物在生长过程中会受到害虫的侵扰，如何减少农药的使用，实现绿色农业是未来发展的重要内容[1-2]。覆盖防虫网是一种采用物理方法阻隔害虫的有效措施，防虫网目数的选择以防虫网室和温室大棚内种植作物需要防范的害虫种类和大小为依据[3-5]。防虫网的规格通常以目数表示，即每英寸的孔眼数量，目数越大，孔眼数量越多，孔眼尺寸也越小。

现有的温室大棚，覆盖物大多采用玻璃、塑料膜等不透风材料，目前依据温室荷载的取值范围《农业温室结构荷载规范》（GB/T51183-2016）[6]，但其主要用于温室大棚覆盖物不透风且处于封闭状态时的荷载选取，不包括覆盖防虫网时的荷载选取。防虫网为透风材料，不同目数防虫网孔隙率有所不同，透风程度也不同，与不透风材料有所区别。如果防虫网室设计时不考虑防虫网的透风影响，会导致结构构件计算结果偏大，增加造价成本;如果设计时按全透风考虑，会导致结构构件计算结果偏小，结构偏不安全。

目前国内与防虫网有关的工程建设标准主要有两个：一是江苏省地方标准《大中型蔬菜钢架防虫网室建设规范》（DB32/T 1757-2011）[7]，但该标准对于防虫网室荷载选取以及构件规格多为经验总结，未涉及防虫网室风荷载的计算方法;二是《温室防虫网设计安装规范》（GB/T 19791-2005）[8]，该标准是从种植工艺和植保角度规范如何选择防虫网，两个标准均不能用于指导结构设计。目前对于防虫网室的荷载研究相对较少[9]，而防虫网室在设计时风荷载的取值大小，将影响结构设计结果的安全性和合理性。

文章针对5种常用目数的防虫网进行风荷载试验研究，通过选择不同目数的防虫网，利用风洞试验台产生不同速度的气流，模拟自然界不同等级的风力，测量各种组合下的风压值，得到风荷载与防虫网孔隙率的关系，为实际工程中防虫网室设计时风荷载取值提供一定依据。

试验设备及原理

风洞试验台采用中国农业大学重点开放实验室购置的农业设施性能测试装置，由美国International Air Technologic Inc公司生产。该装置由辅助风机、气流场整流筛网、风量喷嘴、压力仪等组成，可检测样品在各种静压条件下的风量。风洞试验台测试原理示意见图1[9]，测试流程为：通过调节辅助风机提供不同速度的气流-气流经过第一个气流整流筛整流后速度基本均匀一致-通过调整风量喷嘴数量再次调节气流速度大小-气流再经过第二个气流整流筛整流达到平稳-气流通过待检测样品，通过压力仪记录静压值和动压风量。图2为风洞试验台的辅助风机和风量喷嘴。

试验前期准备与试验方法

试验前期准备

◆样品准备

本试验选用30、40、50、60、80目共5种防虫网进行试验，具体规格见表1。

◆样品孔隙率测量

利用倒置式光学显微镜进行孔隙测量，将每种防虫網样品分别裁取10 cm×10 cm的小块进行测量。倒置式光学显微镜见图3，显微镜观测系统主要包含置物台、物镜、目镜，物镜放大倍数为5×、10×，目镜放大倍数为10×，倒置式光学显微镜可与计算机图像分析软件连接，将目镜里观察到的信息转换到视频接口和摄像头，启动计算机中图像分析软件，即可观察到来自显微镜的实时的图像。

将10 cm×10 cm的小块防虫网放置在显微镜置物台上，随机选取4个位置的孔眼进行测量，取平均值，计算防虫网孔隙率。孔隙率为单位面积内孔眼总面积占单位面积的百分比。试验测量了30、40、50、60、80目的防虫网，5种防虫网图像分析系统微观测量图见图4～8。

显微镜测量时选用目镜放大倍数为10×，物镜放大倍数为5×，依据防虫网测量值，线径单位为mm，可通过下式计算实际线径：

实际线径=测量线径×103/（目镜放大倍数×物镜放大倍数）

现有防虫网样品孔眼均为矩形，依据5种目数防虫网微观测量结果，取每种目数防虫网的两个样品数据的平均值，得到不同目数防虫网的线径、孔隙率等参数，见表2。

依据防虫网微观测量值及孔隙率分析表，可以得到以下结果：50目防虫网孔隙率最小，为36.48%;30目防虫网孔隙率最大，为63.90%，其余3种防虫网孔隙率居中，且数据基本一致。

◆风洞试验台开洞尺寸确定

根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）附录E可得风压-风速的关系式公式（1）：

其中wp为风压，单位为kN/m2;ρo为空气密度，单位为kg/m3;v为风速，单位为m/s。

由于空气密度（ρo）和重度（g）的关系为ρ=ρo×g，因此有ρo=ρ/g。可得到公式（2）：

此式为标准风压公式。在标准状态下（气压为1013 kPa，温度为15℃），密度ρ=0.01225 kN/m3。纬度为45°时重力加速度g=9.8 m/s2，得到公式（3），此式为用风速估计风压的通用公式（3）。

目前国内对防虫网室设计使用年限尚无规定，现行国家标准《农业温室结构荷载规范》（GB/T 51183-2016）对塑料大棚设计使用年限规定为10年。本研究按照防虫网室设计使用年限按不高于塑料大棚考虑，通过模拟10级风进行风荷载试验可基本满足全国大部分地区实际使用要求。

风洞试验台的最大风量为60000 m3/h，10级风风速范围为24.5～28.4 m/s，选取风速中间值25 m/s计算，风洞试验台对应出风口面积为：

A=60000/（25×3600）=0.67 m2

为简化试验，风洞试验台出风口尺寸定为0.8 m×0.8 m，即防虫网有效测试面积为0.64 m2。

◆加工固定防虫网用竹胶板

依据风洞试验台安装洞口实际尺寸和计算的本试验出风口尺寸，将1.2 cm厚度的竹胶板切割为“回”字形，外形尺寸等于风洞试验台安装洞口实际尺寸，在中间切割出0.8 m×0.8 m洞口，用于安装待测防虫网，在竹胶板四周安装卡扣，将其固定于风洞试验台上。

试验方法

◆安装待测防虫网

在竹胶板0.8 m×0.8 m洞口四周用卡槽卡簧固定待测防虫网。要求防虫网绷紧、平整，固定可靠。

◆试验开展

通过调节风洞试验台的辅助风机转速，进而调控气流速度，对照不同风速等级风速进行增加，从0 m/s直至达到最大25 m/s。在每一等级气流速度下，待气流稳定后，通过试验台两个压力仪分别测定不同气流速度时的静压值及动压风量，记录试验数据。

◆重复试验

更换其它目数防虫网，重复以上试验步骤，每种样品的防虫网进行两组试验。

试验结果及分析

试验结果

5种目数防虫网风荷载试验数据记录结果见表3～7，数据记录表中静压（Pa）即为结构设计中的风荷载，动压风量为通过待测防虫网后的动压风量。

数据统计及计算

根据公式1和公式3，总风压在遇到障碍物的阻挡时，被分为静压和动压，因此可得到公式（4）：

其中ω为总风压，单位为kN/m2，ω静为静压，单位为kN/m?，ω动为动压，单位为kN/m?。通过计算，不同目数防虫网风荷载试验数据见表8～17。

风阻系数（γ），为静压与总压的比值，见公式（5）。

依据不同目数防虫网的风荷载数据，可得到总风速与静压的相关曲线图。如图9～13所示，横坐标为总风速（m/s），纵坐标为静压（Pa）。

依据以上5种目数防虫网的两组数据进行线性拟合，得到不同目数防虫网的静压值比较，图14为不同目数防虫网静压比较图。

试验讨论与结论

文章主要针对目前农业生产中常用的5种目数的防虫网进行风荷载试验研究，通过试验可得到以下结论：

（1）相同目数的防虫网，静压值与风速呈正相关，静压值随着风速增大而增大;

（2）通过测量试验选取的防虫网的孔隙率，可知50目防虫网孔隙率最小，30目防虫网孔隙率最大。30目防虫网风阻系数为0.75，40目防虫网风阻系数为0.81，50目防虫网风阻系数为0.83，60目防虫网风阻系数为0.77，80目防虫网风阻系数为0.77，其中50目防虫网风阻系数最大。

本试验采用的是洁净的新防虫网，实际应用中防虫网易附着杂物，致使风阻系数增大，结构计算时应予以考虑。因防虫网生产厂家多，生产材料、工艺等均有不同，试验仅针对部分厂家的防虫网进行了试验，因此试验结果还有一定局限性，下一步可扩大样品数量，实现应用更广泛的试验结果。

参考文献

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[2] 葛金萍，孙雪梅，季锦美.防虫网在叶菜类蔬菜绿色防控中的应用效果初报[J].上海农业科技，2019（3）：112-113.

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[6] GB/T51183-2016农业温室结构荷载规范 [S].2016.

[7] DB32/T1757-2011大中型蔬菜钢架防虫网室建设规

范 [S].2011.

[8] GB/T19791-2005温室防虫网设计安装规范[S].2005.

[9] 侯翠萍，马承伟，王顺生，等.溫室防虫网通风局部阻力试验研究[J].农业工程学报，2007（1）：179-182.

*项目支持：农业农村部规划设计研究院自主研发项目“规模化防虫网室结构优化设计研究”（2018ZZYF0205）。

作者简介：闫冬梅（1989-），女，北京人，工程师，硕士研究生，研究方向为农业结构工程。

[引用信息]闫冬梅，徐开亮，张秋生，等.不同目数防虫网的风荷载试验研究[J].农业工程技术，2020，40（16）：57-63.