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Effect of cooling pad installation on indoor airflow distribution in a tunnel-ventilated laying-hen house

International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2016年第4期9卷 169-177页

作者： Hui Xue Zhu Qiang Ji-Qin Ni Li Baoming shi zhengxiang Zhao Shumei Wang Yu College of Water Resources and Civil Engineering China Agricultural UniversityKey Laboratory of Agricultural Engineering in Structure and EnvironmentMinistry of AgricultureBeijing 100083China Beijing Engineering Research Center for Livestock and Poultry Healthy Environment Beijing 100083China Dongfeng Electric Machinery Co. LTDLeshan 614802SichuanChina Department of Agricultural and Biological Engineering Purdue UniversityWest LafayetteIndiana 47907USA.

Extra cooling pads on the sidewalls are needed for larger poultry houses using tunnel ventilation *** study showed that the airflow velocity going through different aisles varies greatly when the extra pads are installed at the end of sidewalls,making a“[”-shape air *** with field tests,the CFD(computational fluid dynamics)technology was used to study the uniformity of airflow distribution in a tunnel-ventilated laying-hen *** air distribution was first monitored in a layer house to find the main reason resulting in the variations of airflows in different *** CFD simulations were carried out with different distances(D=2 m,3 m or 4 m)between the pads on end-wall and the extra pads on side *** field test showed that airflow streams from the different groups of cooling pads collided vertically at the house corners,mixed with each other,then flew towards the center of the *** was the main reason that the wind speed in the middle aisle was much higher than in other aisles,leaving large zones of lower ventilation in the aisles adjacent to the *** results of CFD simulations indicated that air distributions could be significantly improved when the extra pieces of pads were moved away for an appropriate distance from the end *** far as conventional poultry house with a span of 12 m,the air speeds in different aisles were more uniform when this distance was about 3 m.

关键词： Pad cooling system,air distribution,air speed,laying-hen house CFD

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农用轴流风机集流器参数数值模拟优化研究

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农业机械学报 2022年第9期53卷 342-353页

作者：丁涛邱绵靖刘志伟李松施正香中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网与安全节能中心北京100083 中国农业大学后勤基建处北京100081 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083

集流器是轴流风机的主要部件之一,对轴流风机运行性能产生较大的影响。为此,针对农用轴流风机集流器普遍存在结构设计不合理、能耗高、风量损失多的问题,以典型的24英寸负压玻璃钢风机为研究对象,采用风室试验、逆向建模和CFD数值模拟... 详细信息

集流器是轴流风机的主要部件之一,对轴流风机运行性能产生较大的影响。为此,针对农用轴流风机集流器普遍存在结构设计不合理、能耗高、风量损失多的问题,以典型的24英寸负压玻璃钢风机为研究对象,采用风室试验、逆向建模和CFD数值模拟相结合的方式,依托单因素分析和响应面分析的方法,研究集流器的进口段长度L、圆角半径R、出口直径D对风机性能和流场的影响。结果表明:对集流器参数进行无量纲处理后,集流器各参数适宜的取值区间为:1.00≤E_(L)≤1.46、2.95≤E_(R)≤3.22、0.9898≤E_(D)≤0.9971;经过响应面模型得出各影响因素对风机性能的影响,当L=149.27 mm、R=321.68 mm、D=678.00 mm时风机性能较优。经数值模拟验证,相比原型风机,优化后通风量Q提高5.86%,能效比N提高6.79%,此时通风量Q为9900.54 m^(3)/h,能效比N为20.03 m^(3)/(h·W)。本研究为此类农用轴流风机集流器提高通风量及能效比提供了参数优化方法。

关键词：轴流风机集流器数值模拟响应面法

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拴系牛舍固液分离自动清粪系统设计

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农业工程学报 2023年第3期39卷 16-22页

作者：杜欣怡桂锦明施正香赵婉莹中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 中国农村技术开发中心北京100045

为提升牛舍粪污收集与处理效率,该研究基于奶牛体尺与粪便特性,设计了一套舍内固液分离的传送带自动清粪系统,分析了拴系饲养模式下奶牛体尺与粪便落点的相关性,比较了固液分离时不同过滤孔径对固形物含水率、滤液浊度与沉淀物体积的影... 详细信息

为提升牛舍粪污收集与处理效率,该研究基于奶牛体尺与粪便特性,设计了一套舍内固液分离的传送带自动清粪系统,分析了拴系饲养模式下奶牛体尺与粪便落点的相关性,比较了固液分离时不同过滤孔径对固形物含水率、滤液浊度与沉淀物体积的影响,并经有限元分析模拟了奶牛踩踏时系统的形变情况。结果表明,奶牛躯体长度与粪便落点位置呈极显著正相关(P<0.01),躯体长度在1.60~1.75 m的泌乳期奶牛占总数的75.4%,当试验牛舍的粪沟宽度为40 cm时,该范围内完全排泄至粪沟的奶牛比例为79.4%。对于躯体长度过长或过短的奶牛,适宜的颈部挡杆高度可有效规范其排泄位置(P<0.01),提升粪污收集效率。奶牛排泄行为的模拟试验证明,过滤孔径为9 mm时可实现最佳固液分离效果。经有限元分析模拟计算,系统载荷时的最大形变为1.138 cm。研究结果为牛舍自动清粪和实施固液分离提供了数据支撑与技术参考。

关键词：有限元分析奶牛设计传送带自动清粪奶牛体尺固液分离

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前置导叶对畜禽舍轴流风机性能的影响

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农业工程学报 2023年第14期39卷 80-88页

作者：丁涛邱绵靖刘志伟李妥施正香中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网与安全节能中心北京100083 中国农业大学后勤基建处北京100081 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083

畜禽养殖过滤除臭装置对传统轴流风机负压抽吸能力提出了更高的要求。为提高传统轴流风机的气动性能,扩大其有效工作区间,该研究以550型农用轴流风机为对象,结合试验和数值模拟研究了前置导叶对轴流风机性能的影响。通过单因素和响应面... 详细信息

畜禽养殖过滤除臭装置对传统轴流风机负压抽吸能力提出了更高的要求。为提高传统轴流风机的气动性能,扩大其有效工作区间,该研究以550型农用轴流风机为对象,结合试验和数值模拟研究了前置导叶对轴流风机性能的影响。通过单因素和响应面分析方法,对前置导叶的导叶安装角(α)、轴向间距(L)、导叶个数(n)对风机性能和流场的影响进行研究,分析各因素对风机性能的影响,求解出最佳参数组合。通过3D打印制作前置导叶并进行样机试验。结果表明,增设前置导叶后,风机内部区域涡流得到削弱,降低了流动损失,静压效率提高,流动剧烈程度降低,流场更稳定,叶片静压差增大,风机叶片的做功能力增强,与传统结构相比,增设前置导叶后风机通风量和能效比均明显提升,通风量提升幅度在5.7%~10.39%,能效比提升幅度在6.62%~10.89%;在静压50 Pa下,通风量提升6.76%,能效比提升7.75%。研究结果证明了增设前置导叶提升轴流风机负压抽吸能力的可行性。

关键词：数值模拟试验轴流风机气动性能前置导叶畜禽养殖

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夏季奶牛场生物气溶胶分布规律与环境影响因子研究

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农业机械学报 2022年第5期53卷 376-384,399页

作者：汝林邓书辉丁露雨吕阳李奇峰施正香黑龙江八一农垦大学工程学院大庆163319 黑龙江八一农垦大学土木水利学院大庆163319 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

为探究典型季节下的奶牛场生物气溶胶的分布规律和多元环境因子对其影响程度,对天津市某规模化奶牛场生物气溶胶、环境参数进行连续采集,分析了夏季奶牛场生物气溶胶浓度和载体粒径的时空分布规律,同时筛选出对其浓度具有重要影响的环... 详细信息

为探究典型季节下的奶牛场生物气溶胶的分布规律和多元环境因子对其影响程度,对天津市某规模化奶牛场生物气溶胶、环境参数进行连续采集,分析了夏季奶牛场生物气溶胶浓度和载体粒径的时空分布规律,同时筛选出对其浓度具有重要影响的环境因子。结果表明,在空间分布上,牛场近地面1 m高度处的生物气溶胶浓度显著高于近地面4 m高度处浓度(P0.05),不同粒径粒子所占比例接近且存在粒径越小所占比例越小的趋势,粒径大于2.1μm的粒子约占总数的80%。运用随机森林模型得到了10个影响因子对生物气溶胶浓度的影响程度,其中风向(WD)、温度(T)、紫外辐射强度(UV)、悬浮颗粒物浓度(PM100)等对浓度影响较大。为进一步探究影响因子之间的关系,通过层聚类的方法分析各影响因素之间的共线性关系,发现PM10、PM1与PM2.5之间以及UV与GHI之间具有强共线性关系,可以去除强共线性影响因子,保留组内一种环境因子为代表,以节约采集成本。本研究可为国内牛场空气环境污染排放测定提供参考。

关键词：生物气溶胶时空分布规律浓度预测模型环境因子影响程度

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奶牛饮水温度控制系统的设计及应用效果分析

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中国农业大学学报 2023年第7期28卷 215-223页

作者：赵学东朱宸萱齐飞李浩施正香中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 上海市农业科学院上海201106 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心北京100083

针对低温环境下奶牛饮水温度过低会导致泌乳量降低的问题,设计一种基于空气能热水器的饮水加热系统并应用于规模化奶牛场,连续监测2组奶牛在环境温度>15℃、4℃≤环境温度≤15℃、环境温度0.05)。排除不同泌乳期影响分析奶牛泌乳量,提... 详细信息

针对低温环境下奶牛饮水温度过低会导致泌乳量降低的问题,设计一种基于空气能热水器的饮水加热系统并应用于规模化奶牛场,连续监测2组奶牛在环境温度>15℃、4℃≤环境温度≤15℃、环境温度0.05)。排除不同泌乳期影响分析奶牛泌乳量,提高奶牛饮用水温度能有效增强处于泌乳盛中期奶牛的泌乳量。本研究设计的系统能够在环境温度<4℃的条件下稳定提供22~25℃的热水,有利于提高奶牛的泌乳量以及对环境变化的生产稳定性。

关键词：奶牛饮水系统水温环境温度泌乳量

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大型自然通风奶牛舍空气颗粒物浓度监测方法中采样间隔优化

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农业工程学报 2023年第9期39卷 210-216页

作者：鲁煜建方志伟李永振梁超施正香王朝元中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点试验室北京100083 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心北京100083

规模化奶牛养殖产生的颗粒物会对人员和奶牛的呼吸道以及周边环境健康产生不利影响。对于奶牛舍空气颗粒物的实时连续监测,除了监测点数量和位置外,监测设备的采样间隔同样会影响监测结果的准确性。为确定合理的采样间隔,该研究采用环... 详细信息

规模化奶牛养殖产生的颗粒物会对人员和奶牛的呼吸道以及周边环境健康产生不利影响。对于奶牛舍空气颗粒物的实时连续监测,除了监测点数量和位置外,监测设备的采样间隔同样会影响监测结果的准确性。为确定合理的采样间隔,该研究采用环境物联网技术在大型自然通风奶牛舍内共计布置了17个采样点,对秋季至冬季舍内的总悬浮颗粒物(total suspended particulate,TSP)和细颗粒物(PM2.5)浓度进行连续6个月的实时监测,计算舍内17个采样点的平均浓度(视为“真值”)。基于误差分析法,分别计算了30 min和1、2、3、6、12 h采样间隔下秋季和冬季的颗粒物浓度日均值,以及10、15、20、30 min和1 h采样间隔下白天、夜间与生产管理操作期间的颗粒物浓度小时均值及其与真值的相对误差(Er),统计了Er在5%与10%范围内的占比情况,以66.7%作为可接受标准,确定了秋冬季节颗粒物浓度日均值和小时均值的最大可接受采样间隔。结果显示,在5%的相对误差允许范围内,秋冬季节TSP日均值的最大可接受采样间隔为2 h(秋季)和1 h(冬季),PM2.5为3 h(秋季)和1 h(冬季);白天TSP小时均值的最大可接受采样间隔为20 min(秋季)和15 min(冬季),夜间TSP为30 min(秋季)和15 min(冬季),秋冬季节白天和夜间的PM2.5的最大采样间隔均为30 min;当TSP和PM2.5的最大可接受采样间隔为10 min和20 min时,测量数据可以较好地反映秋冬季节生产管理操作对舍内颗粒物浓度的影响。研究对于畜禽舍颗粒物监测中传感器采样频率的设定具有重要意义。

关键词：颗粒物通风误差分析奶牛采样间隔物联网

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大型自然通风奶牛舍空气颗粒物浓度监测方法中测点数和位置优化

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农业工程学报 2023年第9期39卷 201-209页

作者：李永振方志伟鲁煜建梁超施正香王朝元中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心北京100083

对奶牛舍颗粒物浓度和分布进行实时连续监测,是评估其环境风险和制定科学减排措施的前提。随着大型奶牛舍的快速发展,对尽可能少且科学地布置测点数量和位置并能够对舍内颗粒物浓度进行精准监测,提出了新的挑战。为探究测点优化布置方案... 详细信息

对奶牛舍颗粒物浓度和分布进行实时连续监测,是评估其环境风险和制定科学减排措施的前提。随着大型奶牛舍的快速发展,对尽可能少且科学地布置测点数量和位置并能够对舍内颗粒物浓度进行精准监测,提出了新的挑战。为探究测点优化布置方案,该研究基于物联网技术在大型自然通风奶牛舍内3个相邻饲养区域布置17个采样点,对总悬浮颗粒物(total suspended particle,TSP)和细颗粒物(PM2.5)浓度进行了连续6个月监测,得到舍内浓度平均值(视为“真值”);利用系统聚类和误差分析方法得到优化的测点方案,并将其颗粒物浓度结果与6种传统测点方案进行对比,以确定最优的测点数量和位置方案。结果表明,舍内3个饲养区域内颗粒物浓度分布均匀,PM2.5浓度在不同采样高度上无统计差异(P>0.05),而TSP浓度在屋顶通风口下方(9.0 m)明显低于1.5和2.5 m高度(P<0.05)。与真值相比,优化测点方案的TSP和PM2.5浓度监测误差绝对值之和分别为6.4%~22.6%和4.7%~14.2%,均低于传统测点方案。综合考虑优化方案的科学性和传统方案的易操作性,确定最优测点方案为:在奶牛舍中央屋顶通风口下方1.0~2.0 m处布置1个测点,在奶牛卧床上方2.5 m高度布置2个测点,上述3个测点按奶牛舍斜对角线进行布置;另外,分别在挤奶通道、饲喂通道、清粪通道上方2.5 m高度处各布置1个测点;共计6个测点。该优化测点方案可满足监测准确性和易操作性要求。

关键词：监测通风优化颗粒物自然通风奶牛舍浓度系统聚类

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低屋面横向通风牛舍温湿度场CFD模拟

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农业工程学报 2015年第9期31卷 209-214页

作者：邓书辉施正香李保明中国农业大学水利与土木工程学院农业部设施农业工程重点实验室北京100083 黑龙江八一农垦大学工程学院大庆163319

在中国华东地区最炎热的月份,舍外高温高湿的气候条件,降低了低屋面横向通风(low profile cross ventilated,LPCV)牛舍的环境调控效果。为了研究LPCV牛舍温湿度场的分布规律,该文在现场实测的基础上,采用计算流体动力学CFD(computationa... 详细信息

在中国华东地区最炎热的月份,舍外高温高湿的气候条件,降低了低屋面横向通风(low profile cross ventilated,LPCV)牛舍的环境调控效果。为了研究LPCV牛舍温湿度场的分布规律,该文在现场实测的基础上,采用计算流体动力学CFD(computational fluid dynamics)方法,对LPCV牛舍的温度和相对湿度参数进行了三维数值模拟。现场实测的结果表明,舍外空气温度为36.2℃,相对湿度为55.5%的条件下,舍外空气流经湿帘后的降温幅度为7.7℃,湿帘出口处的相对湿度为99.9%;模拟结果表明,舍内温湿度场受气流场的影响,分布不均匀,风速高的区域温度相对较低,舍内相对湿度与温度呈现强烈的耦合关系。随着空气的流动,沿气流方向平均每米长度温度升高0.014℃、相对湿度下降0.04%,THI增加0.025。模拟值与实测值的对比表明,9个测点温度和相对湿度的测试值与模拟值之间相对误差的平均值分别为0.89%和0.59%,理论计算和数值模拟得到的奶牛显热散热量的相对误差为14.5%,说明现场实测与数值模拟有较好的吻合度。该研究可为中国LPCV牛舍结构优化设计和环境调控提供参考。

关键词：计算流体动力学温度湿度控制低屋面横向通风奶牛舍数值模拟

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复合保温卷帘改善寒区开放式牛舍冬季热湿环境

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农业工程学报 2018年第21期34卷 215-221页

作者：赵婉莹张琦施正香中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 苏州赛诺沃机械科技有限公司苏州215215

针对北方寒区卷帘牛舍冬季舍内温度过低、影响奶牛健康和生产的现状,该文结合黑龙江地区的气候特点,以牛舍温度不低于-5℃为设计目标,通过对卷帘材料的传热性能、厚度和面密度等进行测试,研究筛选了2种传热系数小于1.23 W/(m2?℃)的复... 详细信息

针对北方寒区卷帘牛舍冬季舍内温度过低、影响奶牛健康和生产的现状,该文结合黑龙江地区的气候特点,以牛舍温度不低于-5℃为设计目标,通过对卷帘材料的传热性能、厚度和面密度等进行测试,研究筛选了2种传热系数小于1.23 W/(m2?℃)的复合保温卷帘:1号白色保温卷帘(白色涤纶布+珍珠棉+喷胶棉+珍珠棉+白色涤纶布,1.01 W/(m2?℃))和2号灰色保温卷帘(PE编织布+喷胶棉+针刺棉毡+镀铝PE编织布,0.89 W/(m2?℃))。将2种保温卷帘分别安装在同一栋试验舍内,以原有的单层卷帘牛舍为对照舍进行了为期2个月的现场应用效果试验。试验结果表明,2种保温卷帘的透光性存在显著差异(P0.05);试验舍和对照舍在两侧卷帘开启25 cm、南侧开启25 cm和两侧封闭3种工况下,试验舍的平均温度和相对湿度均显著高于对照舍和舍外(P<0.05),其舍内平均温度范围是-12.45～-16.70℃,平均相对湿度范围是88.53%～97.73%。因此,新型保温卷帘虽然比单层卷帘具有更好的保温性能,但是奶牛依旧处于低温高湿的状况下,表明只改善卷帘的保温性能并不能保证使寒区奶牛舍内温度高于最低温度的要求,寒区应慎重采用可封闭开放式的牛舍建筑形式。

关键词：环境调控温度传热系数保温卷帘奶牛舍冬季保温

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