【摘 要】
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随着生猪养殖业不断规模化、集约化发展,猪只养殖密度和养殖总量急剧增加,生物安全对于猪只生产的重要性日益突出,特别是近年来非洲猪瘟在我国爆发,如何提高猪舍疫病防控能力成为研究重点。一种具有空气过滤功能的垂直通风猪舍受到广泛关注,其使用空气过滤技术阻止舍外病菌进入猪舍,同时垂直通风模式能降低舍内病菌水平扩散能力,但空气过滤系统的结构和垂直通风的气流运动都较复杂,缺少针对这类新型猪舍通风情况的相关研究。
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.31960683）:猪舍垂直通风模式对断奶小猪生长性能影响及作用机制研究 2018江西省现代生猪产业技术体系—养殖设施岗位项目（赣财文指[2018]13号）；
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随着生猪养殖业不断规模化、集约化发展,猪只养殖密度和养殖总量急剧增加,生物安全对于猪只生产的重要性日益突出,特别是近年来非洲猪瘟在我国爆发,如何提高猪舍疫病防控能力成为研究重点。一种具有空气过滤功能的垂直通风猪舍受到广泛关注,其使用空气过滤技术阻止舍外病菌进入猪舍,同时垂直通风模式能降低舍内病菌水平扩散能力,但空气过滤系统的结构和垂直通风的气流运动都较复杂,缺少针对这类新型猪舍通风情况的相关研究。近年来,计算流体力学（Computation al fluid dynamics,CFD）因具有成本低、结果可视化、能系统分析等优点,常被用于猪舍通风情况的研究中。但是空气过滤系统中的过滤器存在孔隙数量多、孔隙尺寸小和分布随机等特点,导致过滤器实体建模困难、模拟无法开展等问题。为此,本文尝试使用多孔介质模型简化过滤器实体建模,进而完成这类猪舍通风情况的CFD模拟以及优化研究,开展的主要研究内容及结论如下:（1）针对空气过滤系统的过滤效果、使用成本和寿命等问题,本文研究设计了一种由三层过滤器组成的猪舍空气过滤系统;鉴于过滤器内部多孔隙的结构特点,本文尝试使用多孔介质模型代替过滤器实体建模;并为了验证构建的过滤器多孔介质简化模型的准确性,本文使用上述设计所用的过滤器搭建试验装置,通过装置内部36个验证点风速的CFD模拟值与实测值验证简化模型的准确性。结果表明:验证点风速模拟值与实测值绝对误差的平均值为0.074 m/s,相对误差的平均值为10.3%,评估CFD模拟可靠性的归一化均方误差（Normalized mean square error,NMSE）值为0.007,误差在可接受范围内,表明构建的多孔介质模型可代替过滤器实体建模。（2）为研究具有空气过滤功能的这类新型猪舍的通风情况,本文基于上述模型简化方法,完成对试验猪场中配怀舍的内部气流轨迹和气流场分布的CFD模拟,并通过舍内72个测试点的风速模拟值与实测值验证模拟结果的准确性,最后根据模拟结果完成对新型猪舍通风情况的研究。结果表明:验证点风速模拟值与实测值绝对误差的平均值为0.221 m/s,相对误差的平均值为15.6%,NMSE值为0.009,模拟结果可靠;配怀舍猪只养殖区整体风速约为0.4～0.8 m/s,通风管道出风口风速最大处约为7 m/s,风速最小处约为6 m/s,存在通风不均匀的问题。（3）针对上述研究发现的配怀舍通风情况存在的问题,本文通过结合试验猪场所有猪舍通风管道出风口风速的实测值,选取问题最严重的育肥舍开展优化研究;提出把等截面积通风管道优化为距离风机位置远近由大变小的通风管道,其大小端截面积之比为2比1;通过对优化前后猪舍通风情况的模拟得出:优化前通风管道出风口风速最大处约为9.5 m/s,风速最小处约为7.5 m/s;优化后所有出风口风速都约为8 m/s,通风的均匀性得到改善,完成优化设计。本文研究内容和方法步骤,为这类新型猪舍通风情况的模拟研究提供了一种合理、可信、经济的方法,为其通风设计的优化提供了思路和指导。
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