亚热带地区工业化鸡舍内部气流组织CFD模拟实验研究

1、亚热带地区工业化鸡舍内部气流组织CFD模拟实验研究The Experimental Research About Inside Airflow Organizing of Industrialization Chicken house in Semi-tropical zone by CFD设计者：卓献荣（2003 级 ）20032000295 左远志（2004级 ）200420003302指导教师：钱宇教授、陆恩锡教授华南理工大学化工与能源学院目录目录摘要摘要1. 引言引言2. 模拟对象概况模拟对象概况2.1 基本条件及要求基本条件及要求2.2鸡舍围护结构鸡舍围护结构2.3鸡舍的环境自动调控

2、系统原理鸡舍的环境自动调控系统原理3. 模型建立及数值模拟方法模型建立及数值模拟方法3.1模拟实验的目标判据及内容模拟实验的目标判据及内容3.2 数值模拟方法数值模拟方法3.3控制方程控制方程4. 模拟结果及分析模拟结果及分析4.1侧射流角度侧射流角度704.2侧射流角度侧射流角度604.3侧射流角度侧射流角度455. 结论结论摘要 本文针对亚热带地区工业化鸡舍室内环境及环境安全要求和工程实例结构特点，利用CFD就其室内气流速度场、温度场的分布进行模拟校核实验，重点分析了封闭式鸡舍送风角度、送风量大小对鸡舍内部气流组织的影响，从性能稳定性和经济性角度综合优化强制通风系统及确定关键设计参数，为现

3、代化禽类养殖业优质设施工程提供设计参考。 关键词：鸡舍；气流组织；CFD模拟实验1、引言近年来大规模爆发的禽流感现象，使得禽蓄饲养业受到很大的冲击，人们己经认识到仅仅依靠疫苗来预防不断变异的禽流感病毒已不现实，特别是工业化养鸡，必须采取环境安全型鸡舍才能有效隔离疫病和控制疫病传播，才能提高鸡只饲养业抗风险的能力和生产效率 ；对于亚热带地区的工业化养鸡，包括肉鸡、种蛋鸡的饲养，由于亚热带地区长年的高温高湿气候特征，工业化环境安全型鸡舍的建设显得尤其重要和迫切。 工业化鸡舍的养殖密度较大，常年生产，必须充分考虑这些气候环境因素；工业化环境安全型鸡舍的设计关键在于环境调控系统的设计，而环境调控系统设

4、计的核心内容主要是鸡舍内部气流的组织。环境调控系统的控制参数主要包括温湿度参数和空气品质参数的调控，而鸡舍内部气流组织直接关联温湿度参数和空气品质参数的调控。 鸡有一个适宜的温湿度范围叫等热区(或舒适区)（理想温度为1720，相对湿度为50%65）就空气的品质而言，污浊的空气会损伤鸡的呼吸系统，降低鸡对疾病的抵杭力。而影响禽舍空气质量的因素主要包括禽舍空气中粉尘、有害气体、有害微生物的含量。目前，由于多年来“轻农重工”的客观现实，这方面的研究还不够深入 。利用CFD（Computational Fluid Dynamics）对鸡舍内部气流组织作模拟实验研究，为后续工程设计提供参考 2、模拟对象

5、概况、模拟对象概况 21 基本条件及要求基本条件及要求 鸡舍环境条件：（1）气候条件：按夏季环境最高温度38，相对湿度50，冬季最低温度5，相对湿度50（2）鸡舍地势条件：南北狭长地形，石灰岩地区，原长有希蔬灌木及耐旱杂草，北部靠山坡（坡度小于30。），南临山径，海拔约96米，地势干燥，平台面积约2442m2（74X33m）。（3）总体目标要求：自动化全封闭式饲养，单批肉鸡饲养量1.5万只。 22 鸡舍围护结构鸡舍围护结构23 鸡舍的环境自动调控系统原理鸡舍的环境自动调控系统原理抽风机（轴流风机）排风后处理（除氨、除臭、消毒）饲养区环境新风除尘、消毒调温、湿处理新风除尘、消毒调温、湿处理彩钢聚

6、苯夹心板3、模型建立及数值模拟方法、模型建立及数值模拟方法 3.1 模拟实验的目标判据及内容模拟实验的目标判据及内容 CFD技术热环境中的应用是基于对室内不可压缩气体质量、动量、能量守恒微分方程的离散化处理及其数值解析。 本文是一个紊流的三维稳定流场流动问题，基于空气紊流特性的微观解析采用Launder及Spalding等提出的一种平均湍流能量模型k一双方程湍流模型求解方程 依次进行模拟实验的内容主要分三大部分：（1）在送风温度一定的情况下，通过不断调整送风流量求出鸡只生活空间的速度场及温度场，从而求出在送风温度一定的情况下的合适送风量；（2）送风量和送、排风结构、位置等不变的情况下，分析送风

7、温度对速度场的影响情况 ；（3）在合适的送风量和送风温度不变的情况下，调整送风口的导风角度来模拟饲养区附属设施对饲养区环境气流的影响。3.2 数值模拟方法数值模拟方法 按上述鸡舍的维护结构，设鸡舍屋顶为平面，把围护结构热负荷作为常热流设定，从而把维护结构简化为绝热结构，外壁温为恒定环境温度； 根据饲养要求，模型为高2.8m（Z方向）、宽24m（X方向）、长68m（Y方向）的长方体，在X方向分15格，Y方向分205格，Z方向分30格。 在x=0m，y=1m，z=0.6m和x=24，y=1，z=0.6m两处设置新风处理后的送风口，在x=5.5m，y=68m，z=1.7m处设置排气口 模拟实验参考温

8、度为273K，参考压力为105Pa Z=0.25m的x-y平面的网格划分图 3.3 控制方程控制方程3 能量方程采用ELLIPTIC-STAGGERED，单相流，湍流的三维稳定流场流动问题，采用Launder及Spalding等提出的一种平均湍流能量模型k一双方程湍流模型。 0)(iixt0iixu质量守恒方程：方程简化为： 动量方程： iiiijiiiiFkxxpuxt)()(ijjjijjiijxuxuxu32)(能量守恒方程： hiiiiiSxTkkxhxht)()()(标准k一双方程湍流动能及其扩散率的传输方程的半经验模型： hkikiiGGxkxDtDk)(kCGCGkCxxDtDh

9、kiii2231)()(2kC3.4 模拟计算过程图4、模拟结果及分析、模拟结果及分析 4.1 侧射流角度侧射流角度70 Z0.25m时饲养区平面速度场分布 Z0.25m时饲养区平面温度场分布 Z0.25m时饲养区平面压力场分布 Y方向中间平面速度场Y方向中间平面温度场Y方向中间平面压力场4.2 侧射流角度侧射流角度60 z=0.25z=0.25速度场速度场 z=0.25z=0.25温度场温度场z=0.25z=0.25压力场压力场Y方向中间平面速度场Y方向中间平面温度场Y方向中间平面压力场4.3 侧射流角度侧射流角度45 z=0.25z=0.25速度场速度场z=0.25z=0.25温度场温度场z=0.25z=0.25压力场压力场Y方向中间平面速度场Y方向中间平面温度场Y方向中间平面压力场5 结论结论 (1) 利用CFD对亚热带地区工业化鸡舍的人工环境系统的模拟实验的关键在于：应充分结合人工环境系统设计的理论分析方法和相关经验，选择合适的定量参数、合理的数值模型才能简化模拟实验的工作量和提高模拟结果的可靠性。 （2）结合具体模拟对象，通过CFD模拟实验得出的饲养区鸡只生活空间的速度场、温度场分布图，得出了送风温度与气流量、送风口和排风口截面结构尺寸、送风与排风导风页导风角度调整的直观关系，为同类工业化鸡舍的环境控制系统的设计提供参考。