雞舍內的環(huán)境指標包括溫度、相對濕度、風速和空氣質量,其中空氣質量又分為污染物成分(氨氣、一氧化碳,二氧化碳,二氧化硫、硫化氫等有害氣體)和濃度(氧氣或有害氣體在空氣中所占的比例,一般單位用PPm百萬分之一表示)等參數(shù),溫度、相對濕度和風速代表雞的熱舒適性,空氣質量代表空氣的潔凈度。雞舍內的空氣環(huán)境與雞舍建筑設計條件、病癥、生產(chǎn)能力、防疫、喂養(yǎng)及運行管理成本、工作人員及周圍居民的健康以及大氣環(huán)境等密切相關。近年來,隨著畜牧業(yè)發(fā)展,雞舍的集約化程度越來越高,養(yǎng)殖規(guī)模越來越大。
科研人員發(fā)現(xiàn),舍內大部分雞的舒適性雖然有所改善,但往往某些局部空氣污染變得更加嚴重了,這些區(qū)域的雞長期性處于重度污染的環(huán)境中導致生長緩慢,抵抗能力變弱,成為了易發(fā)病雞群,并成為了病癥傳播的載體,那也是為何畜牧養(yǎng)殖設備先進了,病癥反倒是增多了的主要原因。
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夏季最重要的就是水簾的使用,下面遠卓農(nóng)牧就關于“雞舍夏季濕簾通風時舍內氣流組織研究”給大家做一下分享。
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為了分析雞舍空氣環(huán)境的形成與發(fā)展機制,科研人員通過計算機數(shù)據(jù)建模分析CFD技術對雞舍通風進行模擬。模擬對象包括籠養(yǎng)雞舍通風類型有橫向通風、縱向通風和自然通風。
針對雞舍通風的現(xiàn)狀,科研人員建立了雞舍結構的CFD模型,分析高密度超長雞舍夏季濕簾通風時的窗口風速和舍內風速的分布規(guī)律。
01.
研究對象
科研人員研究的是高密度飼養(yǎng)蛋雞的超長雞舍,其內外實景見圖1,位于我國江蘇省中部地區(qū)。超長雞舍的結構和尺寸以及典型剖面的位置見圖2,包括通風窗、濕簾板、籠架、集蛋器、集糞器、溫度探頭、排風扇和典型剖面的信息。4列籠架除去喂料電機占用64個籠位,舍內實有雞籠11328個,每個雞籠養(yǎng)蛋雞10只。夏季,南北側墻濕簾窗口的擋板內開60。,西端墻的18臺排風扇同時運行,其他窗口和排風扇全部關閉。
雞舍內共設11個工業(yè)級精度的T型(銅一康銅)熱電偶,如圖1(b)和圖2所示。監(jiān)測程序每隔15min記錄一次數(shù)據(jù)。各監(jiān)測探頭的坐標為:i(0.45,115.00。1.10),ii(0.45,90.00。4.00)。iii(0.45。65.00。iv(0.45,40.00,4.00),v(0.45,15.UO,1.10),vl(4.55,106.00,1.10),vii(4.55,58.5(),4.00),viii(4.55,11.00,1.10),ix(一4.55,106.00,1.10),X(一4.55,58.5(),4.00),xi(一4.55,11.00,1.10)。其中,i,iii,v,vi,viii,iX和xi)在距地面高度1.10m的水平面上,ii,iv,vii和x在距地面高度4.00m的水平面上。
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02.
CFD模型
針對雞舍通風,流體屬于不可壓力的空氣,滿足質量守恒、動量守恒和能量守恒。這些守恒定律的數(shù)學描述及控制方程的通用表達式如下:
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將籠架區(qū)、集糞區(qū)、集蛋區(qū)界定為不一樣通透性的多孔介質。其中,籠架區(qū)水平方向(z和y方向)上的孔隙率為0.770;垂直方向(z方向)上,黏性阻力和慣性阻力設為無窮大。集糞區(qū)多孔介質參數(shù)與籠架區(qū)近似。集蛋區(qū)各向同性,介質參數(shù)與籠架區(qū)z方向相同。根據(jù)養(yǎng)殖密度、電機和照明的散熱強度,界定籠架區(qū)的熱源強度為309.00W/m3[25|,不考慮散熱時,該區(qū)域熱源強度為0W/m3。安裝參考壓力和環(huán)境溫度分別為101325Pa和273K。
界定排風扇為出口速度,風速設為9.570m/s,湍流強度為2.89%,水平直徑為1.360m。界定通風窗為壓力人口,相對壓力為0Pa。降溫水簾窗進風環(huán)境溫度為303.0K(30.0℃)。界定地面、圍墻、屋頂?shù)葹檫吔鐚樱鶠橥拱疾黄降谋韺樱植诔?shù)為0.500。除安裝降溫水簾窗擋板粗糙度為0并且是隔熱非光滑邊界層,別的邊界層內外表溫度設為305.0K。
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03.
模型驗證
取2019年年6月7日13:00一16:00時段內中間走道監(jiān)測點i~v的環(huán)境溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)與所建CFD模型的模擬結果進行對照,如圖3所示。監(jiān)測點ii的模擬環(huán)境溫度比實測值環(huán)境溫度低于正常,別的點的模擬值與實測值接近,模擬結果與實測值結果的變化規(guī)律基本一致。因此,所建立的CFD模型可以用于研究超長雞舍的氣流組織。
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04.
氣流組織
采用經(jīng)過驗證的CFD建模進行超長雞舍降溫水簾通風模擬計算之后,為了分析降溫水簾窗口對舍內流場的影響,給出北側墻降溫水簾窗口內法線速度的梯度分布(因南北側墻降溫水簾窗口對稱,所以只給出北側墻的模擬結果),見圖4。為了分析舍內流場特點,給出圖2所示典型剖面的速度梯度分布和平均速度,分別鑒別見圖5和圖6。
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由圖4可以看出:下一層降溫水簾窗1:3的內發(fā)線速度分量和進風量比上層大;每條降溫水簾窗口的內發(fā)線速度分布不均勻。降溫水簾窗口西半部的風速比東部大,上半部的風速比下部大;最大風速接近5.5m/s,最小風速小于0.5m/S。
圖5(a)和圖6(a)體現(xiàn)了雞舍長度方向上的風速特征,可以看出:雞舍內絕大多數(shù)區(qū)域的風速比較均勻,平均風速約3.5m/s;但是,降溫水簾窗口附近風速分布不均勻,東部末端風速小于0.2m/s,這正是圖4所示進風速度不均勻引起的。
圖5(b)和圖6(b)體現(xiàn)了雞舍高度方向上的風速特征,可以看出:雞舍內上、下一層風速存在差異,這種差異在雞舍中偏東區(qū)域最為顯著。在籠架高度范圍內,各水平面的平均風速約2.3m/s,最上層籠架的平均風速比最下一層大13%。籠架上頂棚以下空間的平均風速約是籠架占領空間平均風速的2倍。這種情況是因為降溫水簾窗口的檔板只能內開60度,進風氣流被導向雞舍的上層空間,進而不利于下一層籠架區(qū)域的冷卻。
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圖5(c)和圖6(c)體現(xiàn)了雞舍寬度方向上的風速特征,可以看出:由于產(chǎn)蛋雞和籠架對舍內空氣流動的阻礙,過道與籠架的風速存在顯著差異。走道的平均風速一般大于4.0m/s,籠架的平均風速均小于1.5m/s。4列籠架的平均風速幾乎相同;南北側墻附近過道和中心走道的平均風速比其他2個走道的風速略高。
05.
總結建議
通過對超長雞舍夏天降溫水簾通風時的氣流組織模擬發(fā)現(xiàn):籠架和產(chǎn)蛋雞的阻礙、條形降溫水簾窗口進風不均以及降溫水簾檔板把進風氣流導向雞舍上層空間,是導致雞舍氣流組織不均勻的主要原因。作為蛋雞舍,籠架和產(chǎn)蛋雞難以避免,為了使舍內氣流均勻,營造更好的雞舍空氣環(huán)境,建議做如下改善措施:
1)采用不均勻阻力系數(shù)的降溫水簾窗(進風速度大的位置阻力增加,速度小的位置阻力減小),使進風均勻;
2)增加降溫水簾窗口檔板的內開角度到90度,甚至更大(目前絕大多數(shù)降溫水簾設計僅能內開60度),使進風氣流盡量從雞舍下一層籠架占領的空間流動;
3)降溫水簾窗附近不布置養(yǎng)雞的籠架,使籠架避開不均的進風,這種方法會減小雞舍的有效使用空間。
通過上面案例分析充分證明了,通過數(shù)據(jù)建模進行CFD分析技術可以幫助我們直觀的發(fā)現(xiàn)雞舍構造設計和使用中存在的問題,并對解決方法和作用做出預判分析,從改進措施中找出最佳方案避免試錯成本,特別是對準備新建雞舍的工程項目,在方案設計建設之前進行CFD數(shù)據(jù)建模分析是保證雞舍設計科學合理的關鍵。
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