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ISSN : 2671-9940(Print)
ISSN : 2671-9924(Online)

Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology Vol.53 No.2 pp.115-125
DOI : https://doi.org/10.3796/KSFT.2017.53.2.115

Performance analysis of a low drag generated midwater trawl using the model experiments and the numerical analysis

Jieun KIM, Jihoon LEE¹*, Seongho PARK¹, Chun Woo LEE³, Subong PARK⁴

Department of Fisheries Science, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
¹Division of Marine Technology, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
²BMINTERNATIONAL, Gangseo-gu, Busan, 49489, Korea
³Department of Marine Production System Management, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
⁴Department of Fisheries Physics, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

Corresponding author : jihoon.lee@jnu.ac.kr, +82-61-659-7123, +82-61-659-7129

Received January 10, 2017 Review April 27, 2017 Accepted April 27, 2017

Abstract

Fuel consumption in fisheries is a primary concern due to environmental effects and costs to fishermen. Much research has been carried out to reduce the fuel consumption related to fishing operations. The fuel consumption of fishing gear in fishing operation is generally related to hydrodynamic resistance on the gear. This research is to propose a low drag generated midwater trawl in terms of the gear design improvement using simulations. The results from the simulation were verified with results that mirrored the model experiments. From the results, the resistance force of the proposed gear decreased to 29% compared to that of the current gear. Furthermore, the gear performance also improved with increased gear mouth compared to the current one. Therefore, the proposed gear will be helpful to reduce the greenhouse gases from fishing operation. It will also contribute to the fishing industry by saving fuel.

Key Words : Low drag , Trawl , Numerical method , Model test , Greenhouse gases

모형실험과 수치해석을 이용한 저항 저감형 중층 트롤어구의 성능 해석

김 지은, 이 지훈¹*, 박 성호¹, 이 춘우³, 박 수봉⁴

전남대학교 수산과학과
¹전남대학교 해양기술학부
²(주)비엠인터내셔널
³부경대학교 해양생산시스템관리학부
⁴부경대학교 수산물리학과

초록

키워드 :

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Cited-By

Funding:

Ministry of Oceans and Fisheries

서 론

전 세계적으로 지구 기온 상승, 해수면의 상승, 엘니 뇨 등의 이상기후 현상이 빈번하게 발생하여 지구온난 화를 유발하는 온실가스에 대한 관심이 지속적으로 증 가하고 있다. 우리나라는 2012년 기준 이산화탄소 배출 세계 7위 (연료 연소)의 국가로 온실가스 누적 배출량은 16위, 1인당 배출량 경제협력개발기구 (OECD : Organization for Economic Cooperation and Development) 국가 중 6위에 해당할 정도로 이산화탄소 배출 정도가 높은 실정이다. 2015년 파리협정 체결로 인하여 신기후체제가 출범하 게 되었다. 따라서 우리나라 정부 또한 2030년 국가 온 실가스 감축 목표를 배출전망치 (BAU : Business as usual) 대비 37% 감축하는 것을 목표로 설정하였으며, 국내 산업계의 부담을 완화하기 위하여 산업부문의 감 축률은 12%의 수준을 초과하지 않도록 결정하였다. 수 산분야의 경우, 2020년 온실가스 배출전망치 대비 5.2% 감축을 목표로 제시하여 감축목표를 달성하기 위해서는 수산분야의 에너지 저감과 관련된 많은 연구가 필요한 실정이다. 또한 수산업에서 조업 중 에너지 사용 증가는 온실가스 배출 및 유류비용 증가로 인하여 어업경영에 부담을 주며, 특히 고유가 시대는 수산업계에 경제적 부담을 더욱 가중시킨다.

특히 끌어구류인 트롤어업은 유체 저항이 큰 어구를 예망하기 때문에 예망과정에서 많은 에너지를 소모하 며, 이는 어업경비 상승을 유발하고 있다. 예망어구의 어업경비 중 에너지 비용 지출은 약 30~40%를 차지하 고 있다 (국립수산과학원, 2013). 따라서 국내외에서 예 망어구의 유체저항을 감소시키기 위한 다양한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.

근해 중층 트롤의 저항 분석에 관한 선행연구로는 임 의의 지수함수식을 통하여 중층 트롤 어구의 유체저항 과 전개판의 간격을 계산한 연구가 (Park and Yoon, 2001) 있으며, 해상에서 실물 어구를 이용한 실험을 통 하여 예망 속도, 어구 저항, 전개판의 간격, 망고 등을 계측하여 망구 형상을 분석한 연구 (Kim and Lee, 1999), 해상 실험을 통하여 그물의 저항 측정과 각 마력 별 그물 설계도를 분석하여 그물의 형상과 저항을 요소 별로 수치화한 연구 (Park and Lee, 1999) 등이 있다. 수치해석 방법을 통한 연구로서는 중층 트롤 어구를 수 학적 모델로서 나타내어 트롤 시스템의 동역학적 특성 에 관한 연구가 있다 (Cha, 2003). 또한 온실가스 저감을 위하여 에너지 저소비형 어구 설계에 관한 선행연구로 는 수치해석기법을 사용한 어구 저항 분석 및 저탄소 트롤 어구 설계와 비용을 분석한 연구 (Lee and Lee, 2010)와 수치해석기법을 이용한 에너지 저소비형 대형 중층 트롤 어구 개발에 대한 연구가 있다 (Priour and Khaled, 2009; Lee and Lee, 2012). 이와 같이, 어구의 설계를 변경함으로써 조업 중 연료소모를 절감하기 위 한 연구들이 진행 중에 있으나, 아직 새로운 방법을 찾기 위한 연구단계인 설정이다. 본 연구에서는 대표 현용 근해 중층트롤을 선정하고, 선정된 어구를 모형실험과 수치해석방법을 이용하여 유체저항을 분석한 후, 유체 저항을 감소시킬 수 있는 어구의 재료와 설계를 변경하 여 저항 저감형 근해 중층 트롤어구를 제시하였다.

재료 및 방법

현용 근해 중층 트롤 어구

본 연구에서 선택한 어구는 현재 근해 중층 트롤 어업 에서 사용되고 있는 139톤 (1,400 HP급)에서 사용되고 있는 근해 중층 트롤 어구를 선택하였다. 현용 근해 중층 트롤 어구의 그물은 로프 부분과 그물 부분으로 구분할 수 있는데, 로프 부분은 PP 재질의 꼬은 밧줄 (Super Danline 3st. rope)을 사용하여 다이아몬드형 그물코를 설계하였으며, 그물실의 발의 길이 $l$ 에 대한 그물 실의 직경 $d$ 의 비인 $d / l$ 의 평균치는 0.002이다. 그물 부분은 PE 재질의 결절 그물감과 무결절 그물감으로 제작하였 으며, $d / l$ 의 평균치는 0.008이다. 그물의 총 길이는 172.7 m이며, 뜸은 중공형으로 지름이 200 mm인 뜸 220개를 부착하였으며 총 부력(개당 부력 2.7 kgf)은 594 kgf이다 (Fig. 1). 침강재로는 합금강으로 제작된 지 름이 16 mm인 체인을 사용하였으며, 총 침강력은 370 kgf이다. 어구의 주요 사항은 Table 1에 나타내었다.

저저항형 근해 중층 트롤 어구

본 연구에서 현용 근해 중층 트롤 분석을 통하여 저항 발생을 줄이기 위해 제시한 저저항형 근해 중층 트롤 어구는 그물의 로프 부분은 Nylon 재질의 꼬은 밧줄 (Super 12st. rope)과 PP 재질의 꼬은 밧줄을 사용하여 설계한 육각형 모양의 그물코이고, $d / l (d :$ : 그물실의 지름, $l$ : 발의 길이)의 평균치는 0.002이다. 그물 부분은 Nylon 재질의 그물감 (Eurofix br. netting)으로 제작하였 으며, $d / l$ 의 평균치는 0.003이고, 그물의 총 길이는 160.8 m이다. 뜸은 중공형 뜸으로 지름이 200 mm인 뜸 30개를 부착하였으며, 뜸의 총 부력은 (개당 부력 2.7 kgf) 81 kgf이다. 또한 가로 2.4 m, 세로 0.6 m인 범포 (Kite) 3개를 부착하였다 (Fig. 2). 침강재로는 합금강으 로 제작된 지름이 16 mm인 체인을 사용하였으며, 총 침강력은 350 kgf이다. 어구의 주요 사항은 Table 2에 나타내었다.

전개판

본 연구에서 선택한 전개판은 일반적인 근해 중층 트롤 어업에서 많이 사용하는 만곡형 전개판으로 가로 1.8 m, 세로 2.97 m, 면적이 5.21 m², 무게가 1,170 kg이며, 전개 판의 종횡비는 1.65, 만곡도는 13%, 항력계수는 0.46, 양 력계수는 1.53이다.

근해 중층 트롤 어구의 모형 어구 제작 및 실험

어구에서 발생하는 유체 저항을 측정하기 위해서 현 용 근해 중층 트롤 어구를 원형의 크기에서 상사법칙을 통하여 모형 어구로 제작하였다. 모형 어구의 크기를 축소할 때 회류 수조 안에서 가능한 큰 모델로 설계하였 고 그물코 크기와 그물 실의 지름은 원형 어구와 거의 같은 공극률로 축소하였다. 모형 어구와 원형 어구의 축적 비율은 모형과 원형에서 흐름을 지배하는 힘이 주 로 중력인 경우에 적용하는 Froude 상사 법칙을 사용하 였고, 원형과 동일한 스케일의 모델에 다음과 같이 적용 된다. Table 3

λ_{v} = 0.96260 λ_{l}^{0.59587}

(1)

λ_{a} = λ_{l}^{2}

(2)

λ_{f} = λ_{l}^{3}

(3)

여기서, $λ_{v}$ 은 속도 축적, $λ_{l}$ 은 길이 축적, $λ_{a}$ 은 면적 축적, $λ_{f}$ 는 힘의 축적이다.

실험에 사용된 회류 수조는 덴마크에 위치한 노르웨 이 과학 산업 기술 연구재단 (SINTEF)의 크기가 30 m(L) × 6 m(H) × 8 m(W)이고, 관측 창의 크기가 21.3 m(L) × 2.7 m(H) × 8 m(W)인 회류 수조로서 (Fig. 3), 최대 속도는 1 m/s이고 상사법칙을 통한 모형 어구의 비율이 1/5일 때 2 m/s, 비율 1/20일 때 6 m/s의 최대속도로 풀 스케일 환산 이 가능하다. 저항 측정은 스트레인게이지형 로드셀 (FUTEK, LSB 200, 용량 : 45 kgf, California, USA)을 사용하였고, 측정값은 데이터 수집 장비와 증폭기가 결 합된 데이터 로거 시스템에 의해 모니터링 되고 풀 스케 일 값으로 변형되었다. 모형 어구의 형상 변화는 회류 수조가 있는 실험실에 설치된 카메라로 정면, 상면, 측면 에서 촬영된다.

실험 방법

모형 어구를 사용한 회류 수조 실험은 1/25로 축소 제작된 모형 어구를 수조의 중앙에 설치한 뒤, 유속의 속도 변화를 1.8 m/s와 2.3 m/s 및 2.8 m/s로 0.5 m/s씩 3단계로 변경하여 끌줄에서부터 어구의 저항을 측정하 였으며, 유속의 속도 변화에 따라 원격제어 비디오 시스 템으로 망고 및 망폭, 어구의 형상을 측정하였으며, 스트 레인게이지형 로드셀을 사용하여 어구의 저항값을 측정 하였다.

수치해석

운동 방정식

근해 중층 트롤 어구는 선박과 끌줄, 전개판, 후릿줄 및 그물과 같이 강체와 유연한 구조물이 서로 연결된 수중 복합 유연 구조물이다. 본 연구에서는 어구 시스템 을 수학적으로 표현하기 위하여 질량 스프링 모델을 적 용하여, 어구 시스템을 유한개의 작은 요소로 나누고, 이 요소들의 연결부위에 질점을 배치하고 질과 질점 사 이를 질량이 없는 스프링으로 연결된 질량-스프링 모델 로 간주하였다. (Lee et al., 2005)

질량-스프링 모델을 유연 구조물의 해석에 적용한 예 로는 Lee and Lee (2010)의 수치해석기법을 사용한 어구 저항 분석 및 저탄소 트롤 어구 설계와 비용을 분석한 실험과 Park and Lee (2014)의 모형실험과 시뮬레이션 을 통한 활어 이송용 예인 가두리의 수직 및 수평 전개력 추정 등의 선행연구가 있으므로 여기서는 간략하게 모 델을 설명한다. Fig. 4

운동방정식은 다음과 같이 표현할 수 있다.

m \ddot{q} {=F}_{int} + F_{ext}

(4)

여기서, $m$ 은 질점의 질량, $\ddot{q}$ 는 가속도 벡터, F_int는 내력 F_ext는 외력으로 구성된다.

내력과 외력

내력은 질점과 질점을 연결하는 스프링에 작용하는 힘으로, 힘의 크기는 스프링의 늘어난 길이에 비례하는 것으로 간주하였다. 각 질점에 작용하는 내력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

F_{int} = - \sum_{i=1}^{n} k_{i} n_{i} (| r_{i} | - l_{i}^{0})

(5)

여기서, $k_{i}$ 는 스프링의 강성, $n_{i}$ 는 단위벡터, $r_{i}$ 는 스 프링의 위치벡터, $l_{i}^{0}$ 는 스프링의 초기 길이이다. 외력은 외부로부터 각 질점에 작용하는 힘으로 어구의 각 요소 가 수중에서 예망될 때 발생하는 항력과 양력 그리고 부력과 침강력 등이다. 외력의 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

F_{ext} = F_{D} + F_{L} + F_{B}

(6)

항력과 양력의 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

F_{D} = - \frac{1}{2} C_{D} ρ_{W} S U^{2} n_{v}

(7)

F_{L} = - \frac{1}{2} C_{L} ρ_{W} S U^{2} n_{L}

(8)

여기서, $C_{D}$ 는 저항계수, $S$ 는 구조의 투영면적, $U$ 는 속도 벡터, $n_{v}$ 는 항력의 단위벡터, $C_{L}$ 은 양력계수, $n_{L}$ 은 양력의 단위벡터이다. 속도벡터 $U$ 는 질점의 운동속 도 벡터 $U_{m}$ , 조류의 속도 벡터 $U_{c}$ 로 다음과 같이 나타 낼 수 있다.

{U=U}_{m} {-U}_{c}

(9)

부력과 침강력인 $F_{B}$ 는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

F_{B} = (ρ_{i} - ρ_{w}) V_{n} g

(10)

여기서, $ρ_{i}$ 는 재료의 밀도, $ρ_{W}$ 는 해수의 밀도, $V_{n}$ 은 질점의 부피, g는 중력가속도이다.

수치해석방법

어구 시스템을 일정한 공식으로 나타내기 위하여 식 (4)에 내력과 외력을 적용하여 공식화하면 식 (11)과 같이 시간에 대한 2차 상미분 방정식의 형태로 나타낼 수 있다.

m \ddot{q} (t) + c \dot{q} {(t)}^{2} + k g (t) = F (t)

(11)

여기서, $q (t)$ 는 시간에 변화에 따른 질점의 위치, $\dot{q} (t)$ 는 속도, $\ddot{q} (t)$ 는 가속도, $m$ 은 질량, $c$ 는 감쇠 계수, $k$ 는 스프링의 탄성계수이다.

식 (11)과 같은 상미분 방정식은 초기치 문제 (Initial value problem) 방법으로 풀이할 수 있다. 어구시스템의 상미분 방정식의 초기치 문제는 어구 각 부분의 위치, 속도 그리고 가속도를 초기 시간 값에 대해 명시하여야 한다 (Cha., 2003). 본 연구에서는 초기치 문제에서 정확 한 해를 구하기 위하여 4차 Runge-Kutta법을 사용하였다.

이와 같은 수치해석 방법을 사용하여 모형 어구 실험 과의 비교를 위해서 모형 어구를 제작한 어구와 같은 현용 근해 중층 트롤 어구를 컴퓨터 어구 설계 프로그램 (SimuTrawl, MPSL, Korea)을 사용하여 실물 크기로 설 계하였다 (Fig. 5). 이를 OpenGL을 이용한 3차원 그래픽 프로그램으로 그 결과를 가시화하였으며 계산 시간 간 격은 0.0002 sec이다.

결과 및 고찰

현용 어구의 망구 형상 분석과 어구의 저항 분석

모형실험과 시뮬레이션을 통하여 유속의 변화에 따라 현용 어구의 망고, 망폭 및 어구의 저항을 분석한 결과를 Table 4에 나타내었다. 예측대로 모형실험과 시뮬레이 션에서 유속의 증가에 따라 망고는 감소하고 망폭은 증 가하였다. 유속의 증가에 따른 정확한 망구 면적의 변화 를 분석하기 위하여 시뮬레이션에서 망구의 8개 지점을 선택하여 Fig. 6과 같이 나타냈다. Fig. 6의 세로축은 망고를 나타내며, 가로축은 망폭을 나타낸다. 유속이 1.8 m/s에서 2.8 m/s로 증가할 때 망구의 면적은 약 36% 감소하였다. 그러나 모형실험 중 어구의 뜸줄에 부착된 뜸이 유속의 증가에 따라 부력재로서의 역할이 아닌 추 가적인 저항으로 작용하여 뜸줄 부위가 불규칙적으로 떨림이 발생하였다. 어구의 저항 또한 예측대로 모형실 험과 시뮬레이션에서 유속이 증가함에 따라 유체 저항 도 증가하는 것으로 나타났다. 모형실험과 시뮬레이션 에서 유속의 변화에 따른 어구의 형상 변화가 Fig. 7과 같이 나타났다.

저저항형 근해 중층 트롤 어구의 망구 형상 분석과 어구 저항 분석

현용 트롤의 분석을 통하여 저항 발생을 줄일 수 있도 록 설계된 저저항형 근해 중층 트롤 어구의 모형실험 전 예측 결과를 확인하기 위하여 시뮬레이션 후 모형실 험을 실행한 결과 (Table 5), 유속의 변화에 따라 시뮬레 이션의 망고는 감소하고 망폭은 증가하는 것으로 나타 났지만, 모형실험에서 망고는 감소하였으나 망폭이 1.8 m/s에서 2.3 m/s까지는 증가하다 2.8 m/s에서 0.2 m 감 소하는 것으로 나타났다. 이는 2.8 m/s에서 발생한 전개 판의 부상으로 인해 망폭이 최대한 전개되지 못한 것으 로 판단된다. 유속의 증가에 따른 정확한 망구 면적의 변화를 분석하기 위하여 시뮬레이션에서 망구의 8개 지 점을 선택하여 Fig. 8과 같이 나타냈다. 유속이 1.8 m/s 에서 2.8 m/s로 증가할 때 망구의 면적은 약 1.2% 감소 하였다. 유속에 따른 저저항형 중층 트롤 어구의 저항 또한 모형실험과 시뮬레이션에서 유속이 증가할수록 유 체 저항이 커지는 것으로 나타났다. 모형실험과 시뮬레 이션에서 유속의 증가에 따른 어구의 형상 변화는 Fig. 9와 같이 나타났다.

현용 어구와 저저항형 근해 중층 트롤 어구의 비교

현용 어구와 저저항형 근해 중층 트롤 어구의 결과를 비교하기 위하여 일반적인 근해 중층 트롤 어업의 조업 시 유속인 2.3 m/s를 기준으로 하여 Table 6에 나타내었 다. 망고는 모형실험과 시뮬레이션 모두 새롭게 제시된 저저항형 근해 중층 트롤 어구가 더 높았으며, 망폭의 경우 모형실험에서는 저저항형 근해 중층 트롤 어구의 실험상 오차로 인하여 현용 어구와의 비교가 힘들었다. 하지만 시뮬레이션에서는 저저항형 근해 중층 트롤 어 구의 망폭이 현용 어구의 망폭보다 크게 나타났다. 시뮬 레이션에서 2.3 m/s일 때, 망구의 8개 지점을 비교하였 을 때 저저항형 근해 중층 트롤 어구의 망구 면적이 더 크게 나타났다. 현용 어구와 저저항형 근해 중층 트롤 어구의 시뮬레이션에서의 망구 형상을 Fig. 10에 비교하 여 나타내었다. 모형실험에서 나타났던 뜸줄 부분의 떨 림 현상 또한 저저항형 근해 중층 트롤 어구에서 뜸의 개수를 줄이고, 범포로 변경하였을 때 뜸줄의 떨림 현상 이 감소하는 것으로 나타났다.

Je-Bum Yoo (2007)이 수행한 무부자 쌍끌이 중층트 롤 어구 어법의 개발의 연구에서는 기준형 및 무부자망 과 카이트망을 비교하면, 실제 예망속도인 4.0 knots를 기준으로 카이트망은 기준형에 비하여 약 50%, 무부자 망에 비해서는 약 25% 정도 더 좋은 전개효율을 나타냈 다. 따라서 무부자망과 뜸이 있는 어구에 비하여 고속 예망 시에도 망구의 전개성능이 우수하므로 유영속도가 빠른 중층 어종을 대상으로 하는 조업 시 유리할 것으로 판단된다.

모형실험과 시뮬레이션의 결과 값의 차이가 생기는 원인은 시뮬레이션의 경우 실제 조업상황과 유사한 환 경과 같이 설정하여 전개판이 전개되는 간격에 제한이 없지만, 모형실험의 경우 트래버서를 사용하여 양쪽 끌 줄의 간격을 고정하여 실험하였기 때문에 어구의 망고 와 망폭의 변화에 영향을 미친 것으로 판단된다.

결 론

최근 지구온난화를 유발하는 온실가스에 대한 관심이 증대하여 온실가스를 감축하기 위한 저에너지 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 트롤과 같은 예인 어구의 경우 예망시 유체 저항으로 유류 소모량에 많은 영향을 주고 있어 유체 저항을 줄일 필요가 있다.

본 논문은 현용 근해 중층 트롤을 모형실험과 수치해 석 방법을 이용하여 유속에 따른 어구의 망구 형상과 어구에서 발생하는 유체 저항을 분석하여 저저항형 근 해 중층 트롤어구의 성능을 해석하였다.

현용 어구의 모형실험과 시뮬레이션 결과, 유속의 증 가에 따라 망고는 감소하였고, 망폭은 증가하였으며, 시 뮬레이션에서 유속이 1.8 m/s에서 2.8 m/s로 증가할 때 망구 면적이 약 36% 감소하였다. 어구의 유체 저항은 증가했으며 어구의 뜸줄 부분에서 떨림 현상이 발생하 였다.

저저항형 대형 중층 트롤 어구의 모형실험과 시뮬레 이션 결과, 모형실험에서 유속의 증가에 따라 망폭이 2.3 m/s까지 증가하다 2.8 m/s에서 감소했으며 망고는 감소하였다. 이는 2.8 m/s에서 발생한 전개판의 부상으 로 인한 오차로 판단된다. 시뮬레이션에서는 유속의 증 가에 따라 망고는 감소하고 망폭은 증가하였으며, 유속 이 1.8 m/s에서 2.8 m/s로 변할 때 망구 면적이 약 1.2% 감소하였고, 어구의 유체 저항은 증가하였다.

일반적인 근해 중층 트롤 어업의 조업 시 유속인 2.3 m/s 기준에서 저저항형 근해 중층 트롤 어구가 현용 어구보 다 어구의 망고, 망폭이 크게 나타났고, 유체 저항은 더 적게 나타났으며, 현용 어구에서 발생한 뜸줄의 떨림 현상이 범포를 부착한 저저항형 중층 트롤 어구에서는 감소한 것으로 나타났다.

조업 시 어구에서 발생하는 저항이 적은 저저항형 근 해 중층 트롤 어구가 현용어구보다 적은 에너지를 사용 하여 어구에서 발생하는 에너지를 절감하여 선박에서 사용하는 유류를 적게 사용하고, 경제적이며 환경 보호 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.

사 사

이 논문은 2016년 해양수산부 재원으로 한국해양과 학기술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구임 (조업 중 안전성과 탄소배출 저감 성능을 향상시킨 트롤시스템 개발).

Figure

Fig. 1..

Schematic drawing of a present offshore midwater trawl gear.

Fig. 2..

Schematic drawing of a low drag generated offshore midwater trawl.

Fig. 3..

Schematic drawing of the present offshore midwater trawl in the flume tank.

Fig. 4..

Arrangement of the virtual mathematical mesh using (a) the mesh grouping method and (b) vector notation of the mesh bar.

Fig. 5..

Drawing of a present offshore midwater trawl using a computer design tool.

Fig. 6..

Analysis of the net mouth deformation for the present offshore midwater trawl by simulations with different flow velocities.

Fig. 7..

Deformation of the present offshore midwater trawl by the model experiments and simulation with different flow velocities; (a) 1.8 m/s, (b) 2.3 m/s and (c) 2.8 m/s.

Fig. 8..

Analysis of the net mouth deformation for the low drag generated offshore midwater trawl using simulations with different flow velocities.

Fig. 9..

Deformation of the low drag generated offshore midwater trawl by the model experiments and simulation with different flow velocities; (a) 1.8 m/s, (b) 2.3 m/s and (c) 2.8 m/s.

Fig. 10..

Comparison of shape deformation between the present offshore midwater gear and new one by simulation with 2.3 m/s flow velocity condition.

Table

Table 1.Specifications of a present offshore midwater trawl

Item	Specification
Float
	Type	Center hole type
	Diameter (mm)	200
	Total buoyancy (kgf)	594
	Number of float (ea)	220

Sinker
	Type	Chain
	Diameter (mm)	16
	Material	Alloy steel
	Total sinking force (kgf)	370

Net
	Rope part
		Material and construction	PP Td 3300
		d (mm)	8.2
		2l (mm)	9,200
		d/l	0.002
		Specific gravity	0.91
	Net part
		Material and construction	PE Td 360
		d (mm)	2.6
		2l (mm)	690
		d/l	0.008
		Specific gravity	0.95
	Code head
		Material and construction	PE Td 380
		d (mm)	5
		2l (mm)	120
		d/l	0.083
		Specific gravity	0.95
	Code end
		Material and construction	PE Td 500
		d (mm)	6
		2l (mm)	120
		d/l	0.1
		Specific gravity	0.95

Table 2.Specifications of a low drag generated offshore midwater trawl

Table 3.Specifications of a curved surface type of otter board

Item	Specification
Size (m)	1.8 (W) × 2.97 (L)
Area (m2)	5.21
Aspect ratio	1.65
Camber ratio (%)	13
CD	0.46
CL	1.53
Weight (kg)	1,170

Table 4.The variation of net height and net width and resistance force for the present offshore midwater trawl with different flow velocities

	Flow velocities (m/s)	Height (m)	Width (m)	Resistance force (kgf)
Model experiment	1.8	50.8	40.3	7,400
2.3	41.1	42.8	11,200
2.8	34.7	43.8	15,600

Simulation	1.8	45.2	25.4	8,761
2.3	34.4	29.4	11,564
2.8	26.2	32.9	15,074

Table 5.The variation of net height and net width and resistance force width for the low drag generated offshore midwater trawl with different flow velocities

	Flow velocities (m/s)	Height (m)	Width (m)	Resistance force (kgf)
Model experiment	1.8	49.7	31.6	5,200
2.3	45.9	34.4	8,000
2.8	41.5	34.2	11,200

Simulation	1.8	63.7	37.7	7,615
2.3	52.9	44	9,298
2.8	44.7	49.7	11,916

Table 6.Comparison between the results of model tests and that of simulation with 2.3m/s flow velocity condition

		Height (m)	Width (m)	Resistance force (kgf)
Present trawl gear	Model experiment	41.1	42.8	11,200
Simulation	34.41	29.41	11,564
low drag generated trawl gear	Model experiment	45.9	34.4	8,000
Simulation	52.89	43.97	9,298

Reference

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Item			Specification

Float
	Kite
		Type	Kite
		Size (m)	0.6 (W) × 2.4 (L)
		Number of kite (ea)	3

	Float
		Type	Center hole type
		Diameter (mm)	200
		Total buoyancy (kgf)	81
		Number of float (ea)	30

Sinker
		Type	Chain
		Diameter (mm)	16
		Material	Alloy steel
		Total sinking force (kgf)	350

Net
	Rope part
		Material and construction	Nylon Td 210, PP Td 3300
		d (mm)	8.9
		2l (mm)	11,000
		d/l	0.002
		Specific gravity	1.14, 0.91
	Net part
		Material and construction	Nylon Td 210
		d (mm)	3.6
		2l (mm)	2,400
		d/l	0.003
		Specific gravity	1.14
	Code end
		Material and construction	PE Td 500
		d (mm)	6
		2l (mm)	120
		d/l	0.1
		Specific gravity	0.95