低屋面横向通风牛舍空气流场CFD模拟

低屋面横向通风(low profile cross ventilated,LPCV)牛舍作为中国大型奶牛场一种新的牛舍建筑形式近年来得到了广泛应用,但实际运行中存在舍内气流分布不均匀、夏季高温高湿、冬季低温高湿等环境控制技术瓶颈。为了研究LPCV牛舍空气流场的分布规律,以指导该种牛舍的改进和优化设计,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,根据现场和实验室实测值所确定的风机、湿帘等边界条件,对LPCV牛舍的气流分布进行了三维数值模拟。模拟时将牛只按与实物原型等比例引入到模型中。模拟结果表明:挡风板和颈枷下面矮墙的设置影响了舍内气流分布的均匀性。在既有牛舍挡风板设置和矮墙高度不能改变的情况下对牛舍进行了局部改造,改造后舍内气流分布得到明显改善,平均风速增加了52.8%,气流不均匀性指标降低了41.8%。模拟值与实测值的对比表明,28个测点测试值与模拟值平均相对误差的平均值为17.1%,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。     

挡风板对低屋面横向通风牛舍内空气流场影响的PIV测试

低屋面横向通风(low profile cross ventilated,LPCV)牛舍内的空气流场由于受到舍内建筑设施的影响而分布不均匀。为了研究舍内挡风板、矮墙、入口风速、奶牛等对舍内气流的影响,分析目前LPCV牛舍内气流分布不均匀的原因,该文按模型/原型=1/15的比例制作了LPCV牛舍和奶牛的模型。计算结果表明原型牛舍在正常通风情况下的雷诺数为4.92×10~5,只要模型入口风速大于2.56 m/s,欧拉数不再随着雷诺数的增加而改变,此时空气流动已经进入自动模拟区,根据近似模型法理论,原型和模型中的气体流动已经进入了自动模拟区,两者的气体流动是相似的。根据挡风板、矮墙的设置情况、不同的入口风速等设计了6种不同工况,采用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术分别对模型内6种工况下的空气流场进行测试。结果表明:LPCV牛舍内挡风板和矮墙的同时设置是造成舍内空气流向发生偏转的根本原因,挡风板和矮墙单独设置时都不会造成舍内气流分布的不均匀,但挡风板能够增加舍内下方奶牛活动区域的气流速度。舍内奶牛的存在和入口风速的大小都不会对舍内气流的分布造成影响。该研究可为LPCV牛舍内挡风板优化设置提供参考。     

夏季肉牛舍湿帘风机纵向通风系统的环境CFD模拟

为了研究湿帘风机纵向通风系统应用于肉牛舍的夏季降温效果,该试验在现场环境指标实测的基础上,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法对湿帘风机纵向通风肉牛舍的气流场与温度场进行模拟,并对系统进行改进与优化.模拟时将牛只按与实物原型等比例引入到模型中,结果表明:舍内温度分布均匀,但受牛体挡风的影响,气流分布不均,高风速区主要集中在屋顶及饲喂走道,可达0.9～1.2 m/s;牛活动区域风速较小,均小于0.6 m/s,不能满足饲养标准.在75个风速测定点剔除异常值后,气流场的相对误差范围为0.16％～94.41％,平均相对误差为34.53％,45个温度测点的相对误差范围为0.09％～10.74％,平均相对误差4.71％.通过温度场吻合性结果确定模拟与实测有较好的吻合度.在不改变牛舍围护结构及舍内构造的前提下,对牛舍进行优化,舍内安装导流板,使得温度与气流场的分布均匀性显著提高,降温效果更为显著.该研究可为湿帘风机牛舍的优化设计和环境调控提供参考.     

喷雾与纵向负压通风相结合的封闭牛舍降温效果

喷雾与纵向负压通风相结合的降温方式在猪舍、禽舍应用广泛,但在肉牛舍应用较少,该试验对喷雾与纵向负压通风相结合在封闭肉牛舍的运行模式进行了探究,并与喷雾结合扰流风机在开放肉牛舍的降温效果进行比较。该试验选用栓系饲养平均体质量273.4 kg的锦江黄牛杂交牛作为试验牛。处理舍安装低压两级雾化喷雾,配合卷帘和风机进行纵向负压通风降温;对照舍安装高压喷雾,结合扰流风机进行降温。两舍喷雾降温系统运行30 d,对环境条件、肉牛生理指标进行测定。结果表明低压两级喷雾在封闭牛舍纵向负压通风条件下喷雾与停止最佳时间均为5～10 min;经两舍喷雾系统降温后,处理舍的日平均温度为（30.4±0.1）℃,比对照舍和舍外分别降低了2.2、6.2℃（P＜0.01）,而相对湿度为89.7%±0.9%,较对照舍和舍外分别升高了11.3%、35.2%（P＜0.01）;处理舍试验牛的直肠温度为（38.28±0.03）℃,比对照舍低0.26℃（P＜0.01）;躺卧比为0.87±0.02,比对照舍高12%（P＜0.01）;日平均呼吸频率为（43±1）次/min,与对照舍没有显著差异（P＞0.05）;平均日增质量为（1.38±0.23）kg/d,比对照舍高0.19 kg/d（P＞0.05）;处理舍售牛可获利1042.39元/(月·头),比对照舍高72.67元/(月·头)。可见封闭牛舍喷雾与纵向负压通风相结合降温效果显著,可改善牛舍环境,有效缓解肉牛热应激,提高生产性能。     

集中通风式分娩母猪舍温湿度数值模拟与试验验证

为研究集中通风式猪舍温湿度场的分布规律,利用计算流体力学技术,对云南省某规模猪场的地沟进风、中央排风式分娩母猪舍进行温湿度场耦合模拟研究,并通过试验进行验证.本研究采用四面体非结构网格进行网格划分,运用重整化群RNG k-ε 湍流模型进行稳态模拟,通过实测值与模拟值的对比,对模型进行验证.研究结果表明,温度模拟值与实测...     

加装大风量风机对夏季湿帘降温奶牛舍的防暑降温效果分析

低屋面横向通风(Low Profile Cross Ventilated,LPCV)牛舍在华北地区应用,引发高温高湿问题.为解决此问题,该研究选择石家庄某奶牛场的2栋不同尺寸的LPCV牛舍,加装数量不同的轴流风机.结果表明:轴流风机的工作效率受牛舍跨度以及其安装位置的影响,30 m跨度牛舍运行更稳定,风速不均匀系数小于...     

基于鹅舍气流场CFD模拟的通风系统结构优化与验证

针对鹅舍内机械通风时大量气流扩散于鹅舍上方而位于地面鹅只通风效果受阻的气流问题,提出一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的结构优化方案。通过在舍内主梁下端安装相同高度且与气流方向呈一定倾角的多个可拉伸卷膜构造方法,提高种鹅舍内有效的通风效率。依据试验现场边界条件,构建并求解了鹅舍的三维稳态模型,舍内40个测点的风速模拟值与实测值均方根误差为0.152 m/s,最大绝对误差为0.29 m/s,平均相对误差为2.04%,验证了建立的鹅舍CFD模型的准确性。根据不同优化方案数值模拟了27组不同改造后鹅舍内气流场分布情况,仿真得出最优组合方案:在42 m长的舍内安装卷膜个数为10个,卷膜与主梁竖直方向倾斜角度为60o以及卷膜最大下拉高度为1.2 m时舍内通风效率最高、气流分布最均匀。通过现场实测,对比改造前后40个测点的风速值,试验结果表明:改造后鹅舍较常规鹅舍平均风速增加0.527 m/s,舍内气流不均匀系数降低32.2%。该试验结果为种鹅舍的结构设计、同类型畜禽舍结构优化以及改善通风降温效果调控提供了一定的参考依据。     

牛舍冷风机-风管上置置换通风系统设计及降温效果

为了探索一种高效且运行成本低的牛舍降温方式,该试验通过设计合理的风管布置和开口,采取上置置换通风的模式对肉牛舍降温。该设计方案用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法验证其可行性,并通过实际测试设定风机开启和关闭的适宜时间,试验表明:处理舍系统产生的冷风大量流向牛活动区域,温湿度梯度比对照舍明显,达到了局部降温的节能目的。该系统开启后,10:00-18:00期间,处理舍牛的平均热负荷指数(heat load index,HLI)比对照舍降低7.4(P0.01),平均呼吸频率降低12次/min(P0.01),平均日增质量提高0.37 kg/d(P0.01),缓解了肉牛的热应激,提高了肉牛的养殖效益。处理舍由于相对封闭,故牛活动区域平均相对湿度、CO2和NH3浓度分别比对照舍高26.8%、252 mg/m3、0.54 mg/m3(P0.01),但牛舍环境空气质量符合相关行业标准的要求。该试验为冷风机-风管通风降温系统设计提供了一些参考参数,有利于该系统的优化,并发挥更好的降温效果。     

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。     

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。     

墙体材料对日光温室温度环境影响的CFD模拟

日光温室墙体材料影响温室的蓄热保温性能。该研究以室外气象因子为模拟输入条件,分别对复合墙、全砖墙及全苯板墙的12 m跨度日光温室的温度环境进行了模拟,复合墙、全砖墙内的温度分布变化与以往的测试结果一致。以2004年2月18日实测的气候条件为输入条件,模拟得到复合墙温室温度超过全砖墙温室温度最大值为0.8℃,复合墙温室夜间室温超过全苯板墙温室温度最大值为1℃。早晨揭帘前,复合墙中隔热层以内的砖墙及部分隔热层成为放热体,砖墙中靠近室内近1/3的墙体温度高于室内空气温度,而全苯板墙只有内表面附近略高于室内空气温度。白天复合墙、全砖墙及全苯板墙温度均低于室内空气温度,均为吸热体。采用日光温室温度环境动态模拟模型,可以预测不同温室墙体可能形成的室内温度状况,并且根据不同墙体内温度分布,可优选温室墙体结构。     

湿帘-风机降温下的温室热/流场模拟及降温系统参数优化

为提高温室夏季降温环境性能,提出了一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的温室湿帘-风机系统的降温环境优化设计方法。采用太阳射线追踪法来模拟太阳辐射对夏季温室内流场环境的影响,并结合温室内作物的多孔介质模型,构建并求解温室三维非稳态模型,模拟了湿帘-风机降温下的温室内部温度场与速度场分布情况。模拟结果与试验测量的温度值和风速值进行了对比,其平均误差分别在4%和6%以内,验证了建立的温室CFD模型的准确性。结合正交试验方法,基于CFD模型对不同温室长度、湿帘面积和风机速度参数条件下的室内降温环境进行了优化设计。根据模拟优化获得的不同配置方案结果,建立了温室长度、湿帘面积和风机速度参数的拟合结果,为夏季华东沿海地区Venlo型温室湿帘-分机降温系统的设计提供了可靠的理论依据。     

基于CFD的植物工厂圆形锯齿状水冷LED灯管降温效果模拟

为及时将LED灯管芯片产生的热量传导出去,提升LED灯的性能,延长其使用寿命,设计了一种圆形锯齿状水冷LED灯管,并通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件构建水冷LED灯管模型,对其降温效果进行研究.在模型中将LED灯珠芯片设置为内热源,热流密度根据灯珠的数量和电光转化...     

基于CFD数值模拟的冷藏车节能组合方式比较

精确掌握温度控制是实现高质量食品冷链运输的关键,节能减排降低运输成本也是供应商所追求的目标。该文以短距离冷藏运输车为研究对象,以土豆为货物区试验材料,建立了求解冷藏车车厢温度场分布计算模型。模拟过程采用2种不同的风机制冷温度（0和3℃）,依据制冷机组功率和货物最佳冷藏温度,确定运输过程中打开和关闭制冷风机最佳间隔时间。模型以冷气出风口风速、冷气温度、车厢以及货物的初始温度、货物的物性参数为边界条件,采用计算流体力学（CFD）非稳态SST κ-ω计算模型,模拟开启风机和关闭风机不同阶段车厢内温度场的分布情况。结果表明在组合方式为制冷温度3℃,制冷时间和关闭制冷风机阶段都为10 min时比制冷温度为0,制冷时间15 min和关闭制冷风机为20 min时要节约3.6×105 J能耗。该研究为合理选择制冷风机温度和冷却时间最佳组合方式,以及实现节能减排降低运输成本提供了依据。     

基于Shannon-Wiener指数的干燥过程中物料含水率均匀性计算及验证

为了改善带式干燥机内流场结构,提高干燥机内水分均匀度,在计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)理论的基础上,利用FLUENT软件包模拟并探讨堆积厚度、热风流速、热风温度和热风含水率对干燥后物料含水率的影响,并辅以试验验证。在Shannon-wiener指数的基础上计算干燥机内含水率均匀度,并与传统水分均匀性(Mu)计算方法和CFD计算的平均值作比较。利用FLUENT软件包数值模拟并试验验证了2种导流板(普通导流板和翼型导流板)的干燥效果。结果表明:试验测得各测孔的风速与数值模拟的结果吻合。4类因素中堆积厚度对含水率均匀度影响最大,厚度为80 mm的槟榔层的含水率比厚度为40、60 mm的更均匀。含水率均匀度曲线的趋势相似,但含水率均匀度与CFD计算结果更接近。水分均匀性指数曲线显示堆积厚度为80 mm的试验水分均匀性远高于其他试验,当物料厚度为80 mm时,进口热风温度70℃,热风流速1.5 m/s,进口热风含水率0.24的试验条件更有利于水分均匀地分布。翼型导流板使得槟榔含水率从0.285降到0.215,水分均匀性指数提高至0.926,干燥效率提升。     

乳牛瘤胃挥发性脂肪酸的气相色谱分析

本文介绍了一种准确、可靠、简便、快速的乳牛瘤胃挥发性脂肪酸(VFA)的气相色谱分析方法。瘤胃液只经过一步前处理即可进样分析,从样品预处理到给出测定结果仅需15min,主要VFA的回收率可达97.86％～99.51％之间,变异系数在0.23％～1.19％之间。