亞熱帶地區(qū)工業(yè)化雞舍內(nèi)部氣流組織cfd模擬實(shí)驗研究

亞熱帶地區(qū)工業(yè)化雞舍內(nèi)部氣流組織

CFD模擬實(shí)驗研究The

Experimental

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InsideAirflow

Organizing

of

Industrialization

Chouse

in

Semi-tropical

zone

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CFD左遠(yuǎn)志（2004級）200420003302指導(dǎo)教師：錢宇教授、陸恩錫教授目錄摘要1.引言2.模擬對象概況2.1基本條件及要求2.2雞舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)2.3雞舍的環(huán)境自動調(diào)控系統(tǒng)原理3.模型建立及數(shù)值模擬方法3.1模擬實(shí)驗的目標(biāo)判據(jù)及內(nèi)容3.2數(shù)值模擬方法3.3控制方程4.模擬結(jié)果及分析4.1側(cè)射流角度70o4.2側(cè)射流角度60o4.3側(cè)射流角度45o5. 結(jié)論摘要

本文針對亞熱帶地區(qū)工業(yè)化雞舍室內(nèi)環(huán)境及環(huán)境安全要求和工程實(shí)例結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用CFD就其室內(nèi)氣流速度場、溫度場的分布進(jìn)行模擬校核實(shí)驗，重點(diǎn)分析了封閉式雞舍送風(fēng)角度、送風(fēng)量大小對

雞舍內(nèi)部氣流組織的影響，從性能穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)

性角度綜合優(yōu)化強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)及確定關(guān)鍵設(shè)計參

數(shù)，為現(xiàn)代化禽類養(yǎng)殖業(yè)優(yōu)質(zhì)設(shè)施工程提供設(shè)計

參考。[關(guān)鍵詞]：雞舍；氣流組織；CFD模擬實(shí)驗1、引言近年來大規(guī)模爆發(fā)的禽流感現(xiàn)象，使得禽蓄飼養(yǎng)業(yè)受到很大的沖擊，人們

己經(jīng)認(rèn)識到僅僅依靠疫苗來預(yù)防不斷變異的禽流感病毒已不現(xiàn)實(shí)，特別是

工業(yè)化養(yǎng)雞，必須采取環(huán)境安全型雞舍才能有效隔離疫病和控制疫病傳播，才能提高雞只飼養(yǎng)業(yè)抗風(fēng)險的能力和生產(chǎn)效率；對于亞熱帶地區(qū)的工業(yè)化養(yǎng)雞，包括肉雞、種蛋雞的飼養(yǎng)，由于亞熱帶地區(qū)長年的高溫高濕氣候特征，工業(yè)化環(huán)境安全型雞舍的建設(shè)顯得尤其重要和迫切。工業(yè)化雞舍的養(yǎng)殖密度較大，常年生產(chǎn)，必須充分考慮這些氣候環(huán)境因素；工業(yè)化環(huán)境安全型雞舍的設(shè)計關(guān)鍵在于環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計，而環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容主要是雞舍內(nèi)部氣流的組織。環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的控制參數(shù)主要包括溫濕度參數(shù)和空氣品質(zhì)參數(shù)的調(diào)控，而雞舍內(nèi)部氣流組織直接關(guān)聯(lián)溫濕度參數(shù)和空氣品質(zhì)參數(shù)的調(diào)控。

雞有一個適宜的溫濕度范圍叫等熱區(qū)(或舒適區(qū))（理想溫度為17～20℃，相對濕度為50%～65％）

就空氣的品質(zhì)而言，污濁的空氣會損傷雞的呼吸系統(tǒng)，降低雞對疾病的抵杭力。而影響禽舍空氣質(zhì)量的因素主要包括禽舍空氣中粉塵、有害氣體、有害微生物的含量。目前，由于多年來“輕農(nóng)重工”的客觀現(xiàn)實(shí)，這方面的研究還不夠深入。利用CFD（ComputationalFluidDynamics）對雞舍內(nèi)部氣流組織作模擬實(shí)驗研究，為后續(xù)工程設(shè)計提供參考2、模擬對象概況2．1基本條件及要求雞舍環(huán)境條件：氣候條件：按夏季環(huán)境最高溫度38℃，相對濕度50％，冬季最低溫度5℃，相對濕度50％雞舍地勢條件：南北狹長地形，石灰?guī)r地區(qū)，原長有希蔬灌木及耐旱雜草，北部靠山坡（坡度

小于30。），南臨山徑，海拔約96米，地勢干燥，平臺面積約2442m2（74X33m）?？傮w目標(biāo)要求：自動化全封閉式飼養(yǎng)，單批肉雞飼養(yǎng)量1.5萬只。2．2

雞舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)3、模型建立及數(shù)值模擬方法模擬實(shí)驗的目標(biāo)判據(jù)及內(nèi)容

CFD技術(shù)熱環(huán)境中的應(yīng)用是基于對室內(nèi)不可壓縮氣體質(zhì)量、動量、能量守恒微分方程的離散化處理及其數(shù)值解析。

本文是一個紊流的三維穩(wěn)定流場流動問題，基于空氣紊流特性的微觀解析采用Launder及Spalding等提出的一種平均湍流能量模型—k一ε雙方程湍流模型求解方程依次進(jìn)行模擬實(shí)驗的內(nèi)容主要分三大部分：在送風(fēng)溫度一定的情況下，通過不斷調(diào)整送風(fēng)流量求出雞只生活空間的速度場及溫度場，從而求出在送風(fēng)溫度一定的情況下的合適送風(fēng)量；送風(fēng)量和送、排風(fēng)結(jié)構(gòu)、位置等不變的情況下，分析送風(fēng)溫度對速度場的影響情況；在合適的送風(fēng)量和送風(fēng)溫度不變的情況下，調(diào)整送風(fēng)口的導(dǎo)風(fēng)角度來模擬飼養(yǎng)區(qū)附屬設(shè)施對飼養(yǎng)區(qū)環(huán)境氣流的影響。3.2數(shù)值模擬方法按上述雞舍的維護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)雞舍屋頂為平面，把圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷作為常熱流設(shè)定，從而把維護(hù)結(jié)構(gòu)簡化為絕熱結(jié)構(gòu)，外壁溫為恒定環(huán)境溫度；根據(jù)飼養(yǎng)要求，模型為高2.8m（Z方向）、寬24m（X方向）、長68m（Y方向）的長方體，在X方向分15格，Y方向分205格，Z方向分30格。在x=0m，y=1m，z=0.6m和x=24，y=1，z=0.6m兩處設(shè)置新風(fēng)處理后的送風(fēng)口，在x=5.5m，y=68m，z=1.7m處設(shè)置排氣口模擬實(shí)驗參考溫度為273K，參考壓力為105PaZ=0.25m的x-y平面的網(wǎng)格劃分圖3.3

控制方程[3]能量方程采用ELLIPTIC-STAGGERED，單相流，湍流的三維穩(wěn)定流場流動問題，采用Launder及Spalding等提出的一種平均湍流能量模型—k一ε雙方程湍流模型。質(zhì)量守恒方程：方程簡化為：動量方程：能量守恒方程：標(biāo)準(zhǔn)k一ε雙方程湍流動能及其擴(kuò)散率的傳輸方程的半經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?.4模擬計算過程圖4、模擬結(jié)果及分析4.1側(cè)射流角度70oZ＝0.25m時飼養(yǎng)區(qū)平面速度場分布Z＝0.25m時飼養(yǎng)區(qū)平面溫度場分布Z＝0.25m時飼養(yǎng)區(qū)平面壓力場分布Y方向中間平面速度場Y方向中間平面溫度場Y方向中間平面壓力場4.2側(cè)射流角度60oz=0.25速度場z=0.25溫度場z=0.25壓力場Y方向中間平面速度場Y方向中間平面溫度場Y方向中間平面壓力場4.3側(cè)射流角度45oz=0.25速度場z=0.25溫度場z=0.25壓力場Y方向中間平面速度場Y方向中間平面溫度場Y方向中間平面壓力場5結(jié)論

(1)利用CFD對亞熱帶地區(qū)工業(yè)化雞舍的人工環(huán)境系統(tǒng)的模擬實(shí)驗的關(guān)鍵在于：應(yīng)充分結(jié)合人工環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計的理論分析方法和相關(guān)經(jīng)驗，選擇合適的定量參數(shù)、合理的數(shù)值模型才能簡化模擬實(shí)驗的工作量和提高模擬結(jié)果的可靠性。（2）結(jié)合具體模擬對象，通過CFD模擬實(shí)驗得出

的飼養(yǎng)區(qū)雞只生活空間的速度場、溫度場分布圖，得出了送風(fēng)溫度與氣流量、送風(fēng)口和排風(fēng)口截面

結(jié)構(gòu)尺寸、送風(fēng)與排風(fēng)導(dǎo)風(fēng)頁導(dǎo)風(fēng)角度調(diào)整的直

觀關(guān)系，為同類工業(yè)化雞舍的環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)

計提供參考。參考文獻(xiàn)：

[1]劉濱疆,云曉俊.禽舍空氣質(zhì)量在肉雞詞養(yǎng)中的重要性及