摘要
北方寒冷地区冬季，猪舍为保温通常采用封闭饲养方式，导致猪舍通风量不足，大量NH3、CO2等有害气体在猪舍内堆积。垂直通风技术是近几年应用于猪舍通风的一项新技术。与常见的横向通风和纵向通风相比，垂直通风能够明显改善气流分布均匀性。垂直通风装置可以精确通风，可以对气流预热，在换气的同时既能保暖又能排出污染气体。且气流运动路径较短可有效降低病菌传播。但在北方寒冷地区保育猪舍利用管道垂直通风相关研究较少，存在研究价值，该研究可为北方寒冷地区保育猪舍管道垂直通风结构优化设计和环境调控提供理论依据。 该试验以北方垂直通风方式的保育猪舍为研究对象。在模型简化中，应用多孔介质模型(Porous Media Model，PMM)简化漏缝地板及猪活动区域。应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)模拟分析评估保育猪舍内气流、风速、NH3浓度、CO2浓度、平均空气龄(Mean Age of Air，MAA)分布情况并进行验证，探究垂直通风模型通风效果并对原模型存在的不足进行优化。研究结果可评估保育猪舍环境分布情况，为改善通风效果做理论支撑。主要研究内容及结论如下: (1)针对漏缝地板及高密度养殖的猪直接建模计算收敛难、成本高及耗时长问题，应用PMM对漏缝地板及猪活动区域进行简化。探究垂直通风中漏缝地板及猪活动区域的黏性阻力系数和惯性阻力系数，并对PMM验证。研究表明:漏缝地板及猪活动区域简化成PMM是可行的。漏缝地板Z方向上黏性阻力系数D为4.11×105m-2，惯性阻力系数C为126.7m-1。保育猪活动区域在X、Y、Z方向上黏性阻力系数D分别为65.6m-2、10.9m-2、71.0m-2，惯性阻力系数C为0.20m-1、O.18m-1、0.30m-1。 (2)基于PMM和阻力系数研究结果对保育猪舍模型简化，简化模型CFD模拟仿真值与现场13个验证点所测的数值进行误差分析得出:风速场平均相对误差为13.98％，NH3浓度平均相对误差为10.14％，CO2浓度平均相对误差为6.10％。结果表明:应用CFD模拟分析评估保育猪舍内风速、NH3、CO2是可行的，此模型仿真度高，可用于后续的模拟分析。 (3)通过对保育猪舍垂直通风方式下气流、风速、NH3浓度、CO2浓度、MAA数值模拟值分析，发现风口下方风速大于O.4m/s超过保育猪舍风速标准;发现猪栏之间区域存在CO2浓度超标问题。猪栏区域平均风速、CO2平均浓度、NH3平均浓度均符合保育猪舍标准。MAA平均值较小，猪舍内空气新鲜。 (4)针对垂直通风中存在的问题，设计了5种通风角度分别为15°、30°、45°、60°、75°，分别从风速、NH3浓度、CO2浓度、MAA分布情况评估通风效果。结果表明:通风角度为45°时风速、NH3浓度及CO2浓度分布情况较优，通风角度为60°时MAA分布情况较优。综合考虑通风角度为45°、60°的风速分布、污染气体及M认A分布情况，得出通风角度为45°时通风效果较优。
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