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公猪舍冬夏两季舍内环境的数值模拟研究与设计方案优化

作　者: 林加勇
导　师: 雷明刚; 刘继军
学　校: 华中农业大学
专　业: 动物遗传育种与繁殖
关键词: 公猪舍湿帘风机通风系统粪池通风 CFD 均匀通风道
分类号: S828
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

SPF猪是解决猪群疾病的有效方法,同时有利于提高猪群的生产性能和避免猪肉中抗生素等残留超标现象。为了防止SPF猪在生产过程中再次感染特定疾病,需要合理的控制猪舍环境。然而,目前国内有关SPF猪舍的介绍较少。本文以北京养猪育种中心SPF公猪旧舍为例,提出一种改造方案,利用实际测量方法结合计算流体动力学方法对猪舍冬夏两季内环境进行模拟研究,最后通过理论方法对实现粪池均匀通风进行计算。以上采用的三种方法均是为猪舍进一步改造提供依据。研究结果如下：1、夏季湿帘风机通风系统实际测量结果表明,舍内温度范围为22-25℃之间,较适宜；湿度范围为70%-88%之间,偏高；风速分布为0.6m/s～1.4m/s之间,其中0.6m高度风速为0.6-0.9m/s之间,较适宜。冬季不开水暖舍内温度分布在12～14℃之间,偏低；舍内风速小于0.11m/s,适宜；氨气浓度在2-3mg/L之间,相对较低。2、在实际测量基础上,本文利用CFD方法建立夏季湿帘风机通风系统和冬季粪池通风系统的三维模型,采用标准k-c湍流模型对公猪舍内温度场、气流场、氨气浓度场进行数值模拟,并利用实际测量结果进行验证,结果表明,测量值与模拟值吻合良好,这说明建立的两个三维模型是合理的,利用多孔介质作为漏缝地板简化条件能够有效的简化模型。3、夏季湿帘风机通风系统模拟结果表明,舍内最大温差较小,温度分布规律为由湿帘至风机端及由下至上均升高趋势,靠近吊顶进风口区域温度较高；风速范围为0.6-1.4m/s,舍内风速沿纵轴方向分布较为均匀,在高度方向差异较大,粪池内风速小于O.1m/s,猪体生活区域风速范围为0.6～1.2m/s之间,由下至上呈现出上升趋势；舍内存在两种气流组织形式,粪池内呈现出类似波浪形,地板上方气流基本上呈现均匀的水平流动方式。4、冬季舍内模拟结果表明,舍内温度大体呈现出由下至上上升趋势,但是猪体附近区域温度较空载区域高；舍内速度矢量图表明,气流从吊顶进风口进入舍内后向下流动,在靠近地面区域分散沿两侧流动,形成漩涡形式。粪池内气流受抽风机影响流向出风孔,但是距离风机较远受风机影响较小。5、夏季CFD模拟得到舍内环境分布规律可为湿帘风机通风系统温度探头布置提供理论依据。冬季粪池通风表明,采用上送下排有利于氨气等有害气体排出,但是粪池通风设计不能实现较为均匀的通风。因此本文给出了采用基于能量守恒定律计算实现粪池均匀通风的通风道设计方法。等截面变侧孔通风道侧孔面积规律为由风机端至管道末端逐渐增大。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
缩略语表  12-13
1 文献综述  13-23
  1.1 SPF猪简介  13
  1.2 各环境因素对猪生产的影响  13-16
  1.3 猪舍环境控制措施与研究方法  16-17
  1.4 CFD方法的国内外研究进展  17-20
  1.5 研究主要内容、目标及技术路线  20-23
    1.5.1 研究主要内容  20
    1.5.2 研究目标  20-22
    1.5.3 研究技术路线  22-23
2 公猪舍冬夏两季舍内环境模拟的数学模型及计算方法  23-36
  2.1 计算流体力学的控制方程组  23-25
    2.1.1 质量守恒方程(连续性方程)  23
    2.1.2 动量守恒方程(运动方程)  23-25
    2.1.3 能量守恒方程  25
  2.2 湍流模型  25-32
    2.2.1 湍流模型分类  25-26
    2.2.2 平均量输运方程  26-27
    2.2.3. 常用湍流模型简介  27-32
  2.3 模型的离散与SIMPLE算法  32-36
    2.3.1 CFD模型的数值求解方法  32-33
    2.3.2 SIMPLE算法  33-34
    2.3.3 SIMPLEC算法  34-36
3 公猪舍初步设计方案  36-40
  3.1 旧公猪舍设计方案  36-37
  3.2 公猪舍改造方案设计  37-40
4 公猪舍冬夏两季舍内环境的数值模拟  40-59
  4.1 夏季湿帘风机通风系统模拟  40-47
    4.1.1 公猪舍的物理模型  40
    4.1.2 网格划分  40
    4.1.3 计算区域  40-41
    4.1.4 数学模型与控制方程  41
    4.1.5 边界条件及模型简化  41-42
    4.1.6 测试方法  42-43
    4.1.7 空载模拟结果与分析  43-45
    4.1.8 模拟结果的验证  45
    4.1.9 装猪舍模拟结果  45-47
  4.2 冬季粪池通风系统的数值模拟  47-53
    4.2.1 物理模型  47-48
    4.2.2 网格划分  48
    4.2.3 数学模型与控制方程  48
    4.2.4 边界条件及模型简化  48-49
    4.2.5 测试方法  49
    4.2.6 粪池通风模拟结果与分析  49-52
    4.2.7 模拟结果的验证  52-53
  4.3 粪池通风设计优化——粪池均匀通风道设计  53-59
    4.3.1 等截面变侧孔均匀吸风道计算方法  53-56
    4.3.2 SPF公猪舍粪池通风道均匀通风优化设计  56-59
5 讨论  59-62
  5.1 关于公猪舍改造方案设计中舍内环境控制技术的选择  59
  5.2 舍内环境研究方法的选择  59
  5.3 全漏缝地板猪舍数值模拟模型设置  59-60
  5.4 氨气浓度模拟说明  60-61
  5.5 粪池均匀通风道设计  61-62
6 结论与建议  62-64
  6.1 结论  62
  6.2 对今后研究的建议  62-64
参考文献  64-70
附录  70-72
  附表1 吸风侧孔的局部阻力系数  70-71
  附表2 端部吸风侧孔的局部阻力系数  71-72
致谢  72-73

公猪舍冬夏两季舍内环境的数值模拟研究与设计方案优化

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