基于漏缝地板的垂直通风猪舍环境模拟及试验研究

作     者：解天 

作者单位：江西农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨卫平;魏晖

授予年度：2020年

学科分类：0905[农学-畜牧学] 09[农学] 

主      题：猪舍环境 垂直通风 漏缝地板 多孔介质 湍流模型 

摘      要：适宜的猪舍通风是改善猪舍环境的重要手段,其能有效调节猪舍温度、相对湿度、风速和有害气体浓度等环境因素,为猪只提供舒适的生长环境,保障猪只健康生长和生产潜力的充分发挥。因此系统、准确和快速地设计和评估猪舍环境对生猪饲养尤为重要。猪舍垂直通风模式是近年来应用于猪舍通风的一项新技术,具有气流轨迹独立、温度分布均匀、有害气体浓度低等优点,但相较于水平通风,其自上而下的空气运动路径使得采用计算流体力学(CFD)技术模拟评估舍内环境时,需要将漏缝地板按实际结构、尺寸进行建模,以保证模拟的合理与准确。但由于漏缝地板的缝槽与猪栏和粪池尺寸差异大,导致模拟时模型的网格数量多、质量差、求解时间长和计算收敛困难等问题。又鉴于在CFD求解过程中,不同湍流模型对于求解特定条件的空气流动存在差异,因而湍流模型的选用也显得尤为重要。基于上述原因,本文按模型/某原型=1/5的比例制作了垂直通风猪舍实验装置,对垂直通风猪舍环境的数值模拟展开了较全面地研究。此外,应用CFD技术探究漏缝地板缝槽宽度对垂直通风猪舍温度场、相对湿度场和气流速度场分布规律的影响。本研究可为今后开展垂直通风猪舍环境的数值模拟,及其优化设计提供借鉴,其主要研究内容及结论如下:(1)基于CFD技术,开展了多孔介质模型中粘性和惯性阻力系数的计算,并研究了如何使用多孔介质替代漏缝地板实际结构进行数值模拟,结果表明:通过数值模拟方法计算压降数据,然后使用最小二乘法拟合压降数据而计算出阻力系数的方法是合理的,多孔介质模型替代漏缝地板实际结构进行数值模拟的方案是可行的。(2)通过比较五种湍流模型对于垂直通风猪舍环境的模拟结果发现,RKE湍流模型模拟效果最佳,SKE湍流模型也较好。(3)通过对比两种不同建模方法:多孔介质和漏缝地板实际结构发现,多孔介质模型不仅能处理因漏缝地板缝槽与猪舍尺寸差异大而导致的网格数量多、质量差、计算收敛困难等问题,而且模拟质量和计算效率得到改进。多孔介质计算域模拟出的整体风速、温度和相对湿度归一化平均绝对误差(NMSE)值分别下降36%、11%和10%,计算时间节省约75%。(4)通过对30mm,20mm和10mm缝槽宽度的漏缝地板研究,发现缩小缝槽宽度能使得猪舍内风速提高、温度降低,舍内风速场、温度场和相对湿度场的分布更加均匀,而且还可降低舍内有害气体浓度,改善猪只生长环境。