雞群生活區(qū)域的環(huán)境條件嚴重影響蛋雞的健康與生產(chǎn)性能。在高密度疊層籠養(yǎng)雞舍中,普遍存在籠內(nèi)氣流不暢、分布不均和通風效率低等問題。本文采用計算流體動力學(computational fluid dynamics,CFD)方法研究建立籠內(nèi)雞群氣流阻力計算模型和雞舍夏季通風流場模擬模型,并就疊層籠的不同高度對籠內(nèi)空間氣流速度影響,雞舍頂部空間設置導流板,不同進風位置及進風口內(nèi)側(cè)導風板對舍內(nèi)氣流影響規(guī)律等進行研究,主要結(jié)論如下:1.針對籠內(nèi)雞群對氣流阻力的影響,采用虛擬風洞方法分析了雞只幾何模型簡化方式、雞只體積和雞群分布對雞群氣流阻力的影響關系,創(chuàng)建了忽略雞喙、雞冠和雞腿的雞群簡化模型及其通風阻力計算模型,包括虛擬風洞幾何模型、CFD模擬數(shù)值方法和邊界條件的確立。通過實際風洞試驗驗證,模擬值與實測風速值相對誤差小于6%。此研究中建立的雞群通風阻力系數(shù)計算方法為疊層籠養(yǎng)雞舍氣流模擬奠定了基礎。2.針對疊層籠層高對籠內(nèi)氣流影響,建立了疊層籠養(yǎng)雞舍的通風模擬模型,包括雞舍幾何模型、舍內(nèi)氣流CFD模擬數(shù)值方法和邊界條件的確立。鑒于籠高會影響雞群活動區(qū)域頂部與上層籠底之間自由空間的高度,從而影響籠內(nèi)氣流速度。在不同自由空間高度(0.15m、0.3 m、0.45 m、0.6m和1m)情況下,對雞群活動區(qū)域上方自由空間的氣流速度進行CFD模擬。結(jié)果表明,自由空間氣流速度與籠高正相關。當雞舍橫截面平均風速為1.5 m s-1時,自由空間內(nèi)風速與其高度回歸關系為:Y=0.1681n(x)+1.22,Y為自由空間內(nèi)風速,ms-1;x為自由空間高度,m。雞舍環(huán)境模擬和邊界條件模型通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)驗證,模擬值與實測值相對誤差小于10%,為疊層籠雞舍環(huán)境CFD模擬及舍內(nèi)設備優(yōu)化提供了理論依據(jù)。3.為了提高夏季雞舍縱向通風效率和籠間風冷效應,通過CFD模擬了雞舍頂部空間設置不同高度(不同高度導流板底部與頂層籠距離分別為0.4m、0.55 m、0.7 m、0.85 m和1.0 m)和不同間距(6m、9m、12m、15m和18m)導流板對雞舍氣流速度及分布的影響。結(jié)果表明:舍內(nèi)平均氣流速度變化與導流板高度和間距線性相關,當雞舍橫截面平均風速為2.3 m s-1時,走道氣流速度與導流板高度和間距的雙重回歸關系為Y=0.50h-0.02d+2.662(Pa0.01,pb0.01),Y為走道氣流速度,ms-1;h為導流板高度,m;d為導流板間距,m。氣流分布均勻性與導流板高度正相關,與間距負相關;氣流沿雞籠長度方向的變化趨勢在不同高度導流板情況下一致,不同間距導流板情況下有顯著差異。4.通過CFD模擬分析了疊層籠養(yǎng)雞舍夏季進風口位置和進風口內(nèi)側(cè)導風板對籠內(nèi)氣流影響。結(jié)果表明:進風口內(nèi)側(cè)無導風板時,進風位置與雞籠間距離增加會減少近進風口處雞群活動區(qū)域的通風弱區(qū)和通風死角。在設計夏季進風口位置時,應盡可能利用山墻空間。導風板會增加近進風口處雞群活動區(qū)域的渦流區(qū)域和通風弱區(qū),致使氣流分布均勻性降低。
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S831.4
【部分圖文】：

邐１１邐￣￣逡逑圖１－１邋ＣＦＤ建模及求解流程圖邐圖１－２湍流數(shù)值模擬方法及湍流模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｆｌｏｗ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ邋ａｎｄ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＣＦＤ邋Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ邋ｎｕｍｅｒｉｃａｌ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄ邋ａｎｄ逡逑ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ邋ｍｏｄｅｌｓ逡逑計算域為針對需要研宄的對象確定的模擬區(qū)域。在構(gòu)建計算區(qū)域模型時，對于幾何模型比較逡逑復雜的研宄對象，由于計算機內(nèi)存和計算能力限制，需要對模型進行適當?shù)暮喕�，減少模型構(gòu)造逡逑難度，網(wǎng)格數(shù)量以及模擬計算所需的時間。逡逑ＣＦＤ是建立在流體力學基礎上的學科，其基本控制方程和流體力學一致。由于所有流動傳熱逡逑過程都受物理守恒定律約束，其基本守恒定律為質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律。逡逑如果流動包含不同物質(zhì)混摻，則還需要遵守組分守恒定律。對于湍流流體，還需要加上額外的湍逡逑流運輸方程。關于這些守恒定律的數(shù)學描述就是控制方程。逡逑圖１－２為湍流數(shù)值模擬方法及湍流模型，數(shù)值模擬方法主要有３種：直接數(shù)值模擬（ｄｉｒｅｃｔ逡逑ｎｕｍｅｒｉｃａｌ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

２．２．１．１風洞幾何模型及球體布置方式逡逑風洞試驗在丹麥奧胡斯大學（Ａａｒｈｕｓ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，邋Ｄｅｎｍａｒｋ）空氣物理實驗室的風洞中進行。風逡逑洞長６．９１ｍ，橫截面為０．５ｍ邋ｘ邋0．５ｍ邋（圖２－ｌａ）。由聚苯乙烯板制成，在端部入風口處安裝有０．２５ｍ逡逑長，表面光滑的收縮口。這種收縮設計可以使進入風洞內(nèi)的氣流速度分布更為均勻［％］。在風洞中逡逑間的工作區(qū)域，安裝有０．６邋ｎｉ長的透明玻璃窗，以便使用ＬＤＡ進行氣流速度測量。在風洞的末逡逑端，安裝風機（型號為ＣＫ３１５ＣＥＣ，Ｏｓｔｂｅｒｇ，Ｓｗｅｄｅｎ）用來從風洞中排出空氣形成負壓。逡逑５個直徑１５０邋ｍｍ的圓球體被放置在風洞中，用來代表ＣＺ的雞群，球體體積與１．５邋ｋｇ的母逡逑雞相似【１２６］。圖２－ｌｂ為球體布置平面圖，球體底部距風洞底部７０ｍｍ，與體重１．５邋ｋｇ的母雞腿部逡逑高度大致相同。中間球體球心位于風洞入口下風向２．１２邋ｍ處。逡逑收縮口逡逑邐＾邋ｌ８Ｍ邋丨邋ｉ邋２Ｓ４Ｓ邋｜邋＿邋１６５（３邐｜逡逑Ｉ邋［邋｜邐｜邋ｌ！邋，，ｒ“邐測壓孔邐－ｊ｜■風機逡逑ｌ邋NNB丨球區(qū)域４輪廓／邋ｌ５n球狀模型逡逑Ｉ＿＿－ｙ逡逑（ａ）逡逑風洞外表面邐逡逑ｉＴＹ逡逑（ｂ）逡逑圖２－１．邋（ａ諷洞前視圖及風速測點示意圖：（ｂ）風洞內(nèi)球體分布平面圖及風速測點，圖中所有單位為ｍｍ。逡逑Ｆｉｇ．２－１．邋（ａ）邋Ｆｒｏｎｔ邋ｅｌｅｖａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｗｉｎｄ邋ｔｕｎｎｅｌ邋ａｎｄ邋ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋ｌｉｎｅｓ

圖２－４．雞群分布：（ａ）分布１，邋４只雞靠近食槽，（ｂ）分布２，邋３只雞靠近食槽，（ｃ）分布３，邋２只雞靠近食槽。逡逑Ｆｉｇ．邋２－４．邋Ｈｅｎ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ：邋（ａ）邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋１：邋ｆｏｕｒ邋ｈｅｎｓ邋ｎｅａｒ邋ｔｒｏｕｇｈ，邋（ｂ）邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋２：邋ｔｈｒｅｅ邋ｈｅｎｓ邋ｎｅａｒ邋ｔｒｏｕｇｈ，逡逑ａｎｄ邋（ｃ）邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋３：邋ｔｗｏ邋ｈｅｎｓ邋ｎｅａｒ邋ｔｒｏｕｇｈ．逡逑２．３．２計算區(qū)域及網(wǎng)格逡逑圖２－５分別為在計算ＣＺ三個互相垂直方向氣流阻力時，虛擬風洞示意圖和ＣＺ示意圖，圖逡逑中的ｘ、ｙ、ｚ分別與雞舍的寬、長、高平行。示意圖中的雞群在籠內(nèi)的分布為上文中的分布１，逡逑雞只模型為雞體幾何輕微簡化模型，體重為２邋ｋｇ。ＣＺ的長、寬、高分別以Ｌｃ，Ｗｃ和Ｈｅ表示。逡逑對于ＣＺ在ｘ方向的氣流阻力計算，虛擬風洞的進風長度和出風長度分別為５Ｈｃ和１５Ｈｃ，截面逡逑的寬度和高度分別為Ｌｃ和Ｈｅ邋（如圖２－５ａ所示）；在計算ＣＺ在ｙ方向的氣流阻力時，虛擬風洞逡逑的進風長度和出風長度分別為５Ｈｃ和１５Ｈｃ，截面的寬度和高度分別為Ｗｃ和Ｈｅ邋（如圖２－５ｂ所逡逑示）；對于ｚ方向的ＣＺ氣流阻力計算，虛擬風洞的進風長度和出風長度分別為５Ｌｃ和１５Ｌｃ，截逡逑面的寬度和高度分別為Ｗｃ和Ｌｃ（如圖２－５ｃ所示ｈＣＺ的尺寸為６０９．６ｍｍ（Ｌｃ）ｘ６４３．６ｍｍ（Ｗｃ）逡逑ｘ４５７．２ｍｍ邋（Ｈｅ），與雞籠（Ｃｈｏｒｅ－Ｔｉｍｅ，邋２０１７）尺寸相同（如圖２－５ｄ所示）。雞只底部離雞籠底逡逑６邋ｃｍ。網(wǎng)格尺寸和生成與驗證模型中網(wǎng)格大小一致，ＣＺ區(qū)域為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，剩余區(qū)域為結(jié)

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本文編號：2823656