不同通风方式下猪舍病毒颗粒分布的数值研究

为了研究不同通风方式对猪舍内病毒颗粒分布的影响,本文利用离散轨道模型模拟病毒颗粒的轨迹,并与模拟气流运动的标准k-ε湍流模型相耦合的方法,对猪舍的横向、纵向2种通风方式的气流运动以及病毒颗质量粒浓度分布与排除进行数值研究。结果表明,在相同的送风量、压力条件和颗粒特性下,横向通风案例方案对比纵向通风有更好的控制病毒颗粒扩散的能力,然而纵向通风方式有更好的排污效率,能够使更多的颗粒逃逸、颗粒悬浮更少,但有更多颗粒沉积,会引起二次污染。2种方式在不同的角度有各自的优点,从防止病毒扩散,控制病毒的交叉感染角度来讲,横向通风方式能够对病毒颗粒有很好的控制作用,形成更均匀的气流,而纵向通风方式会使病毒颗粒在舍内进行大范围的扩散,容易产生交叉感染,因此横向通风方式更有优越性。     

低屋面横向通风牛舍温湿度场CFD模拟

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。     

公猪舍夏季温度和流场数值CFD模拟及验证

为研究夏季全漏缝地板公猪舍湿帘风机蒸发降温效果及舍内环境分布规律,该文利用计算流体力学CFD(computational fluid dynamics)对北京养猪育种中心SPF(Specific Pathogen Free Swine)公猪舍进行模拟研究并通过实测数据进行验证。研究中将漏缝地板作为多孔介质简化,基于标准k-?湍流模型对空载及装猪猪舍内的风速场和温度场进行模拟,通过模拟值与实测值的对比验证模型的合理性。结果表明采用该模型模拟空载时猪舍,风速场模拟值与实测值误差较小,相对误差范围在0.25%~30.8%。模拟温度与实测温度最大绝对误差为0.48 K,平均绝对误差为0.11 K,平均相对误差为0.5%。模拟装猪时的猪舍,温度分布结构与装猪前相似,但整体温度略有上升。该研究可对当前常用的含漏缝地板猪舍建模研究提供参考,并为畜禽舍内改造和建筑实践提供理论依据。     

基于WSN的集中通风式分娩猪舍环境参数时空分布特性

为研究集中通风式分娩猪舍环境参数的时空分布特性,以云南省某规模化种猪场为试验对象,利用无线多源多点远程监测系统(Wireless Sensor Network, WSN),对地沟管道进风、中央排风式分娩母猪舍养殖环境开展了环境参数监测试验,并进行统计分析。试验结果表明,在试验期间内,分娩舍内不同时间段之间的温度(00:00-06:00、06:00-12:00、12:00-18:00以及18:00-00:00的平均温度分别为22.98、23.78、24.44和23.61℃)具有显著性差异(P0.05),相对湿度与温度随时间变化呈现负相关性,相对湿度的峰值点为82.31%,温度场分布均匀性比湿度场好,NH_3浓度分布均匀性比CO_2浓度差。NH3浓度在舍内能被有效的维持在低水平范围,各监测区域的浓度远小于指标值(20 mg/m~3),NH_3和CO_2会呈现出在边角积聚现象。温湿度指数较低,舍内平均温湿度指数(Temperature-humidity Index,THI)水平的峰值点为75.30,生猪出现热应激的概率较低。利用WSN系统,对集中通风式分娩舍环境参数进行多源多点远程监测,分析分娩舍环境参数时空分布特性,为分娩舍通风模式与环境调控策略优化设计提供参考。     

基于能质平衡的密闭猪舍内小气候环境模拟与验证

良好的猪舍内小气候可以显著提高猪的生长性能和健康水平,然而由于猪舍内小气候受地域、季节、饲养数量等因素影响,难以实现可靠的预测及控制。该文基于能量及质量平衡方程,建立热量、湿度交换模型,以实际监测数据为基础,利用多元非线性回归方法(multiple nonlinear regression method)确定模型中的部分参数,建立适用于北方夏季密闭式猪舍环境模拟模型。对夏季北向背阴面和南向朝阳面的2个猪舍内温度及湿度进行模拟及验证,结果表明,南北2个朝向的猪舍内温度、湿度模拟与实测值变化趋势一致,温度最大误差为2.4℃,最大相对误差为9.2%,决定系数分别为0.836 9和0.786 9;舍内相对湿度最大误差为13.34%,最大相对误差为49.66%,决定系数分别为0.912和0.899 7。研究结果可为密闭式猪舍内环境调控及能量需求提供参考。     

机械通风楼房猪舍热环境及有害气体监测与分析

楼房养猪模式提高了养殖密度,节约了土地资源,同时也带来了养殖企业对饲养环境的关注。该文以楼房猪舍为监测对象,采用无线传感网络多点部署的方法连续24 h监测不同楼层猪舍的温热环境和有害气体等环境因子参数分布,对比和分析不同楼层间以及同一楼层内不同位置间热环境和有害气体分布的差异性。以每楼层动物所需通风率为基准,将通风情况划分为欠通风、合适通风和过通风3种水平,结果显示中间层(保育猪1960头,10.8±1.9 kg)欠通风造成温湿度指标THI(temperature and humidity index)平均值达27.9,接近舒适区上限28.06。受顶层辐射和底层保温影响,顶层(生长猪940头,51±4.4 kg)温度最大值比底层(生长猪955头,40±3.6 kg)高2.8℃,顶层昼夜温度最大差值达11.6℃。底层湿度高,相对湿度达85.7%。夏季通风条件下,各楼层内的CO2和NH3浓度远低于最高浓度限值,欠通风猪舍CO2和NH3分布不均,且较难排出,其中NH3浓度受猪舍内尿液排出方式影响。各楼层温热和有害气体环境差异性显著,同一层猪舍不同位置环境存在差异。该研究为优化楼房养猪机械通风设计,提高楼房养猪环境控制水平提供理论依据。     

相变混凝土能量桩热-力学特性的数值模拟与试验验证

为了获得热力耦合作用下相变混凝土能量桩的热-力学特性,建立了其三维数值模型,比较了传统和相变混凝土能量桩热-力学特性的差异,分析了埋管管腿间距及桩体长径比对相变混凝土能量桩热-力学特性的影响规律.结果表明,相变材料(Phase Change Material,PCM)的固液相变可使单位桩深换热量提高10.3％,且可降低...     

湿帘冷风机-纤维风管通风系统对妊娠猪猪舍的降温效果

夏季高温严重影响母猪生产性能,为缓解空怀妊娠母猪夏季热应激,该文采用湿帘冷风机-纤维风管通风系统,以风管定点送风、开孔喷射出风的模式,将冷风输送至妊娠猪活动区域进行局部降温试验,对照猪舍采用自然通风模式。试验结果表明:在舍外日平均最高气温39.9℃,平均温度31.5℃、湿度85.6%时,试验舍和对照舍日平均温度、日平均最高温度分别为27.7、29.6和30.2、32.5℃(P0.01),湿度分别为87.5%和82.5%(P0.05);试验舍风管纵向开孔出口平均风速为7.23 m/s,风管下风速从高往低逐渐衰减,母猪活动区域风速为0.99 m/s,对照舍风速为0.16 m/s(P0.01)。试验舍和对照舍CO2浓度分别为1 849和2 444 mg/m3(P0.05),NH3浓度分别为1.48和4.96 mg/m3(P0.01)。试验舍和对照舍平均温湿度指数分别为70.4和73.6(P0.01),有效环境温度分别为12.1和19.5℃(P0.01),试验舍全天均处于舒适范围。母猪平均皮温分别为33.3和34.1℃(P0.05),呼吸频率分别为72.3和87.5次/min(P0.05)。从生产性能来看,试验舍和对照舍6~9月母猪采食量分别为81.0和72.0 kg/(头·月),试验舍显著高于对照舍(P0.05),7~11月试验舍和对照舍母猪分娩率分别为89.3%和78.9%,窝产活仔数分别为12.6和11.7头/窝,出生窝质量分别为18.0和17.1 kg/窝,以上指标均差异显著(P0.05)。结果表明,湿帘冷风机-纤维风管系统的局部降温和风冷效果好,可有效改善舍内热环境,缓解母猪热应激。     

管道式加湿装置湿度场分布的数值模拟及试验验证

为掌握管道式加湿装置加湿流场的分布规律,该文针对压差原理的保鲜运输厢体,以脐橙为试验物料,建立厢体的1/4等比例三维紊流数值计算模型,结合有孔模型和组分传输模型,采用SIMPLE算法和壁面函数算法,运用Fluent软件对管道式加湿过程厢体内湿度场进行数值模拟,得出了厢体内纵截面和横截面以及货物表面的湿度分布云图。采用管道式加湿可以在246 s内将厢体内的相对湿度从75%升高到90%,厢体内湿度场分布均匀,相对湿度差小于2%,货物表面的相对湿度差不超过3%。经试验验证,试验结果与模拟结果相吻合,试验值与模拟值相对湿度最大偏差值不超过1.2%。通过所建立的模型研究不同回风道风速、管道直径、开孔数对货物表面湿度分布的影响。研究结果表明：加湿速率随回风道风速和管道直径的增大而增大,开孔数对加湿速率的影响不大（P>0.05）;货物表面湿度最大差值随回风道风速的增大而减小,随管道直径的增大先增大后减小,随管道开孔数的增加先减小后增大。该研究结果对于保鲜运输加湿装置的优化设计具有一定的参考价值。     

基于温湿度异布的日光温室冬季主动通风策略设计与验证

针对日光温室冬季自然通风热量损失大、降湿效率低的问题,该研究在揭示室内温湿度空间异布特征基础上,提出主动通风策略,提高保温降湿效能。通过搭建包含28个温湿度传感器的日光温室物联网监测平台,深入分析了室内温湿度空间分布规律。结果显示,温室上下区域积温差值可达300 ℃,白天日照时段的相对湿度差值达20个百分点,且呈现温度上高下低、湿度上低下高的空间异布特征,自然通风模式下室内上部高温低湿空气优先与室外干冷空气置换导致其保温降湿效能低下。基于此,该研究提出了主动通风排湿策略,利用安装于温室底部的轴流风机改变气流方向,强迫下部区域低温高湿空气从风机口优先向外排出,使上部区域高温低湿空气逆向沉积保留在室内,有效排湿的同时降低热量损耗。主动通风实地试验结果显示,相比于受室内外气候影响可控性差的自然通风,主动通风率可在0～30 m³/(m²·h)之间无级调节,有利于通风的精准控制;晴朗、多云、阴雨3种典型天气下主动通风的日平均温湿比均高于自然通风,体现出较好的气象适应能力和稳定性;其中,晴朗天气下日均温度可提高2.0～2.7 ℃,日均相对湿度可降低15～17个百分点,日均温湿比可提高31.1%～32.9%,保温排湿效能改善明显。同时,主动通风策略的投入产出比为2.62,能够以较低的投入获得理想的经济收益,经济可行性较好。该研究所提出的主动通风排湿策略可以有效提高保温排湿效能,技术合理性和经济可行性良好,可为日光温室冬季微气候调控提供理论参考和解决方案。     

果蔬气调贮藏冷却阶段温度变化的数值模拟及验证

该文主要针对果蔬的气调贮藏的冷却阶段进行了研究,建立了果蔬气调冷却阶段传热过程数学模型。采用有限差分法,编制了计算程序,对气调库中果蔬的降温进行了数值计算。对果蔬冷却降温过程进行了试验研究,试验结果与编程计算结果吻合较好,模拟温度与试验温度的差值在2℃以内。结果表明,文中的数学模型可以用于预测果蔬在气调冷却过程中的温度变化,这有助于科学地运行制冷设备,同时为气调贮藏果蔬系统的优化设计提供了理论基础。     

包装箱内层装果品差压预冷温度场的数值模拟与验证

差压预冷能够快速降温,是果蔬采后处理的重要方法,温度是整个过程的核心,为了更精准地监控预冷包装小环境的温度变化,该文充分考虑果品采后的呼吸热和蒸腾潜热,建立包装箱内带衬垫层装球形果品的差压预冷数学模型,基于计算机流体力学,借助Fluent软件采用标准κ-ε模型和SIMPLE算法,利用UDF(user define function)模块实现热源项的加载,模拟包装箱侧面上开孔率为11.2%的圆形、键槽形2种开孔工况下间隔、平方间隔和错位间隔3种排列果品的瞬态温度场,并进行试验测试比较,得到的温度变化与模拟结果吻合性较好,验证了所建模型的可靠性。平方间隔排列时果品的温度分布较均匀,间隔排列时整体预冷较慢;水果内部存在温度梯度,表面和中心温度相差高达7℃左右;键槽形开孔利于冷风的横向扩散,错位间隔时较圆形开孔预冷均匀度提高约10%,温度低2℃。预冷时建议开孔设计与内部果品的排列相协调改善气流组织,错位间隔排列时键槽形开孔较宜。     

冷藏库内气体流场数值模拟与验证

计算流体力学(CFD)在各种与流体相关的领域内广泛应用,并取得了很好的效果。合理的气体流场才能保证均匀的温度场,这对冷藏库内货物的降温速率和贮藏质量起着至关重要的作用,而常规设计方法很难得到合理的气体流场。本研究以一个(长×宽×高)4.5 m×3.3 m×2.5 m的实验冷库为对象,建立了二维紊流数值计算模型,并采用了SIMPLE算法和交错网格技术进行了求解计算。实验验证表明模型与实际吻合较好。模拟研究揭示整个冷库的流场存在一个中心大回流区、流场主流贴附边界流动、流场在拐角处速度减小。在此基础上,还对可能影响冷藏库内气流组织的多个设计参数(冷风机出口风速,拐角挡板,货物等)进行了模拟研究,研究表明这些参数对冷藏库内流场和温度场都有巨大的影响,进一步说明CFD工具在冷藏库设计和优化设计过程中的重要作用和意义。     

冷板冷藏汽车箱体内温度场的数值模拟及试验

冷板冷藏汽车内空气的温度分布对其储运能力有很大影响,均匀的温度场使得货物在运输过程中品质得到有效保证。该文采用数值模拟方法,计算空载车箱内部温度场,并分析不同堆码方式对货物区温度场及流场的影响。通过对不同情况下冷板冷藏汽车箱体内的温度场特性进行数值模拟研究,得出了车箱内温度分布规律及其影响因素,可为其结构的优化改造及运输货物堆放方式合理性的验证提供理论依据。模拟研究发现车箱顶部温度相对较高,在该模型中货物区最高温差达到18℃左右,不利于货物贮运,建议顶部安装适量冷板并寻找合适的送风方式加强冷空气与货物的对流换热,以改善冷板冷藏汽车冷却速度慢的缺点。验证试验实测温度与模拟温度的偏差在1.7℃左右,两者偏差不大,说明所建立的模型适用于冷板冷藏车箱体内温度场的模拟。     

旱地水窑开挖数值模拟与结构形状参数验证

旱地水窑是集雨蓄水，解决人畜饮水、发展节水灌溉的有效集雨蓄水工程。从水窑结构受力特性分析，水窑属于浅埋式非衬砌地下结构，其结构形状及尺寸是决定窑体稳定和安全的关键因素，而开挖阶段又是窑体最危险阶段之一。针对前期研究所拟定出的斜墙圆拱式窑体形状及参数，应用弹塑性非线性分析方法，分别采用两种不同开挖工序及过程进行开挖过程模拟研究，并从反映水窑体稳定性的位移、塑性区及拉应力3个方面分析了开挖卸荷对窑体稳定性的影响。数值模拟结果表明：不管采用上行法还是下行法开挖，水窑在开挖过程中土体是稳定的，从而验证了以前研究所     

长江中下游地区Venlo型温室空气温湿度以及黄瓜蒸腾速率模拟研究

根据温室能量和质量平衡的物理学原理,建立了一个以温室外气候条件(太阳辐射、温度、湿度、风速等)为驱动变量,以温室结构、温室覆盖材料、温室内作物(高度、叶面积指数)为参数的温室小气候模拟模型,并利用上海Venlo型温室的三季试验数据对模型进行了检验。结果表明：模型能较好地预测中国长江中下游地区Venlo型温室内夏季和冬季空气温度、湿度以及作物蒸腾速率。模型对该地区夏干季节(2001年8月,三伏天)、夏湿季节(2002年6月下旬至7月中旬,梅雨季节)和冬季(2002年1月27日~2月5日)温室内空气温度、湿度以及作物蒸腾速率预测值与实际观测值的决定系数(R²)和标准误(SE)分别为：0.89,0.75,0.52;1.1℃,4.4%,0.040 g·m^-2·s^-1;0.80,0.84,0.77;1.5℃,4.4%,0.018 g·m^-2·s^-1;0.84,0.59,0.73;1.6℃,6.0%,0.012 g·m^-2·s^-1。该研究为进一步探讨温室环境的优化调控提供了理论依据和决策支持。     

基于空载温度场模拟与试验的冷藏车冷板布置方式优选

该文通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)对常见的3种不同冷板布置方式(冷板顶置、冷板侧置、冷板部分顶置部分侧置)下的空载冷藏车厢内温度场进行了10 h的非稳态数值模拟研究。结果表明:在10 h的非稳态模拟研究中,在车厢高度方向上由上往下,空气温度都呈现逐渐上升的趋势;在车厢长度方向上,靠近车厢中心的区域空气温度更低。壁面附近空气温度较高,温度梯度较大。其中,在冷板侧置的方式下,厢内整体温度较低,各测点温度在-9.5~-7℃范围内,且温度均匀性较好;在冷板部分顶置部分侧置的方式中,各测点温度在起始阶段温差较大,在末段温差有所缩小,最终各测点温度为-9~-7.2℃,测点整体温度与温差稍好于冷板顶置的方式。同时,冷板侧置的方式下,车厢的可用空间较小;冷板顶置的方式的可用容积较大,但是冷板布置于车厢顶部,充注共晶液后会导致车辆重心的上升,降低了冷藏车在运行时的稳定性;冷板部分顶置部分侧置的方式可用空间及重心介于冷板侧置的方式与冷板顶置的方式之间。综上所述,考虑到冷板侧置的冷板布置方式对货物的影响,优先选用冷板部分顶置部分侧置、冷板顶置的方式。综合考虑冷板布置方式对货物的影响,冷藏车厢内可用容积、冷藏车厢的重心高度等因素,研制了2种不同冷板布置方式的冷板冷藏车厢,对车内的温度场进行空载试验,结果表明冷板部分侧置、部分顶置的方式较为合理。同时经过10 h的试验,实测温度与模拟仿真温度的平均偏差为0.9℃,绝对误差在2.5℃以内,说明计算模型可以用于冷藏车厢内温度场的模拟。研究结果可为优化冷板冷藏车的冷板布置方式提供依据。