曾志雄，魏鑫鈺，呂恩利，劉妍華，易子騏，郭嘉明

集中通風(fēng)式分娩母豬舍溫濕度數(shù)值模擬與試驗驗證

曾志雄1，魏鑫鈺1，呂恩利1，劉妍華2，易子騏1，郭嘉明1※

（1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州 510642；2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程基礎(chǔ)教學(xué)與訓(xùn)練中心，廣州 510642）

為研究集中通風(fēng)式豬舍溫濕度場的分布規(guī)律，利用計算流體力學(xué)技術(shù)，對云南省某規(guī)模豬場的地溝進(jìn)風(fēng)、中央排風(fēng)式分娩母豬舍進(jìn)行溫濕度場耦合模擬研究，并通過試驗進(jìn)行驗證。本研究采用四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分，運用重整化群RNG湍流模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，通過實測值與模擬值的對比，對模型進(jìn)行驗證。研究結(jié)果表明，溫度模擬值與實測值最大差值不超過4 ℃，平均相對誤差為6.5%；相對濕度模擬值與實測值最大差值不超過10%RH，平均相對誤差為7.3%，驗證了模型的準(zhǔn)確性。溫度、相對濕度和風(fēng)速在垂直高度上的分布差異較大，溫度隨著垂直高度的增加而增加，且溫度梯度逐漸增大；相對濕度隨著垂直高度的增加而減??；而風(fēng)速則隨著垂直高度的增加而逐漸減小。本研究揭示了集中通風(fēng)式分娩母豬舍的溫濕度場分布規(guī)律，并為分娩舍溫濕度場的優(yōu)化提供參考。

數(shù)值模擬；豬舍；溫度；濕度；分布特性

0 引 言

豬對生育環(huán)境的要求較高，溫度、相對濕度、氣流速度、氨氣濃度、二氧化碳濃度和通風(fēng)量對其產(chǎn)生影響，其中溫度和相對濕度的影響最大[1-2]。Zhao等[3]的調(diào)查結(jié)果表明華南地區(qū)夏季高溫多濕，母豬的淘汰率較高，且在7月達(dá)到峰值。Myer等[4]則發(fā)現(xiàn)濕熱環(huán)境將減少豬的進(jìn)食量。Xiong等[5]總結(jié)了相對濕度對動物健康的影響，不適宜的濕度將增加動物的疾病感染率。目前，豬舍多采用濕簾風(fēng)機的方式，維持夏季舍內(nèi)的溫度與濕度，并取得了較好的效果[6-8]。且國內(nèi)外有不少學(xué)者針對濕簾的厚度、材料和風(fēng)速等，對豬舍內(nèi)溫度場分布的優(yōu)化研究作出了重要貢獻(xiàn)[9-11]。

國內(nèi)外多采用試驗測試、數(shù)值模擬等方法開展豬舍溫濕度場的研究。試驗方法是研究豬舍內(nèi)部環(huán)境（溫度、濕度、通風(fēng)速率、氨氣濃度等）的主要方法[12-16]。然而，試驗方法具有測量點有限、測量誤差、環(huán)境不可控和不穩(wěn)定等缺點[17]。盡管使用比例模型和風(fēng)洞試驗可以較好地解決內(nèi)部空氣流動的問題[18-19]，但仍需花費大量的時間和成本。計算流體力學(xué)（computational fluid dynamics, CFD）具有縮短時間周期、節(jié)省研究成本等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域[20-26]，彌補了傳統(tǒng)試驗方法的缺陷。林加勇等[27]采用標(biāo)準(zhǔn)湍流模型研究了公豬舍的舍內(nèi)環(huán)境分布規(guī)律，研究結(jié)果顯示風(fēng)速場模擬值與實測值相對誤差范圍在0.25%～30.8%。Sun等[28-29]分別采用二維和三維CFD模型模擬豬舍內(nèi)的氣流和氨氣濃度分布，并比較了不同湍流模型對結(jié)果的影響，結(jié)果表明2種模型的模擬值與試驗值差異不顯著，且湍流模型比層流模型的模擬值更接近試驗值。王小超等[30]利用標(biāo)準(zhǔn)模型對空載豬舍溫度場和氣流場進(jìn)行數(shù)值模擬，研究結(jié)果表明模擬值比試驗值高，且不同的送風(fēng)角度對溫度場和氣流場的分布均有影響，且在45°時舍內(nèi)的溫度場和氣流場分布較均勻。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對集中通風(fēng)式豬舍建立溫濕度場耦合模型的報道較少。謝秋菊等[31]利用Matlab Simulink建立了模擬北方夏季密閉豬舍環(huán)境溫濕度的模型，結(jié)果表明豬舍內(nèi)溫度、濕度模擬與實測值變化趨勢一致，溫度最大誤差為2.4 ℃，最大相對誤差為9.2%，舍內(nèi)相對濕度最大誤差為13.34%，最大相對誤差為49.66%。

本研究通過建立集中通風(fēng)式分娩母豬舍的CFD模型，對分娩母豬舍的溫濕度場進(jìn)行模擬，揭示舍內(nèi)氣流組織及其分布規(guī)律，對豬舍的結(jié)構(gòu)及溫濕度場優(yōu)化具有一定的參考意義。

1 材料和方法

1.1 試驗豬舍

試驗豬舍位于云南省沾益市（25°91″N，103°73″E）。該豬場占地面積33.6 hm2，總建筑面積為8.7 hm2。設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為年出欄商品仔豬18萬頭，種豬7萬頭。該舍共有4條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線均實現(xiàn)了全套化配種、懷孕、分娩等生產(chǎn)作業(yè)過程。豬舍采用集中通風(fēng)式設(shè)計，豬舍建筑全部封閉，具有自動化的環(huán)控系統(tǒng)、刮糞系統(tǒng)、送料系統(tǒng)等作業(yè)設(shè)備。

測試的分娩舍整體尺寸為長32.6 m、寬5.8 m、高2.8 m，為東西走向，舍內(nèi)空間完全密閉（圖1a）。分娩舍單元設(shè)置成2列，每列18頭母豬，舍內(nèi)中間有1條走道。該舍降溫采用地溝進(jìn)風(fēng)、中央排風(fēng)的負(fù)壓濕簾通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)利用山墻的大功率風(fēng)機進(jìn)行抽風(fēng)，舍外的新鮮空氣先流經(jīng)濕簾和卷簾，隨之從地溝的進(jìn)風(fēng)管道進(jìn)入豬頭區(qū)域，最后經(jīng)中央排風(fēng)口的無動力風(fēng)機排出。中央排風(fēng)口采用重量輕、可測空氣流量的無動力風(fēng)機，其直徑為0.8 m。母豬被限定在長0.6 m、寬2.1 m、高0.8 m的限位欄內(nèi)，仔豬匍匐或站立在電熱毯上，電熱毯的尺寸為長1 m、寬0.8 m。每個豬欄的尺寸為1.8 m、寬2.4 m、高0.5 m。中間過道的寬度為1 m。圖1為該分娩舍的示意圖。

圖1 分娩舍布局

1.2 模型參測量

現(xiàn)場測量時間為2018年8月17日下午。當(dāng)日豬舍舍外氣溫為17～24 ℃，相對濕度為56%～93%，為西南地區(qū)夏季典型氣候水平。該分娩舍單元共有母豬36頭，仔豬396頭，仔豬豬齡為8～14 d。本試驗采用熱線式風(fēng)速儀（德國德圖集團(tuán)，型號testo 425，量程為0～20 m/s，精度為0.03 m/s+5%測量值）和溫濕度計（中國臺灣群特股份有限公司，型號CENTER 310，溫度測量范圍：?20～60 ℃，相對濕度測量范圍：0～100%）檢測豬舍內(nèi)外環(huán)境中的風(fēng)速、溫度和相對濕度。熱成像儀（美國菲力爾公司，型號FLIR T400，熱靈敏度<0.045 ℃，測量范圍：?20～120 ℃）則用于測量圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度，以及母豬與仔豬體表的溫度。

測量點的分布如圖2所示，作為后續(xù)模擬驗證條件。采用無線多源多節(jié)點監(jiān)測系統(tǒng)[32-33]，該系統(tǒng)由多個監(jiān)測傳感器節(jié)點以及1個主節(jié)點組成。監(jiān)測傳感器節(jié)點為溫濕一體傳感器，高度（）分別為90、50和35 cm。=90 cm的無線傳感器置于豬頭部上方側(cè)邊區(qū)域，監(jiān)測母豬頭部上方的溫度，每列間隔布置8個。=50 cm的傳感器置于豬欄擋板中間位置，每列間隔布置8個，監(jiān)測仔豬群上方的溫度。=35 cm的傳感器置于過道的豬尾部欄擋板上，監(jiān)測豬欄尾部溫度。同時，在舍外和濕簾后分別布置2個無線傳感器節(jié)點。

為評價舍內(nèi)溫濕度場的分布狀況，引入不均勻系數(shù)作為其評價指標(biāo)[34]。絕對均勻度可用下式表示：

式中t為第個測點的溫度，℃；t為個測點的平均溫度，℃。

注：圖中0~15號節(jié)點高度90cm；16~33號節(jié)點高度為50cm；34~41號節(jié)點高度為35 cm；42、43號節(jié)點在濕簾后，高度35cm；44、45號節(jié)點在室外、濕簾前，高度100cm。

Note: Height of node 0-15 is 90 cm;height of node 16-33 is 50 cm; height of node 34-41 is 30 cm;height of node 42,43is 35 cm,behind the wet curtain; height of node 44,45is 100 cm, outdoor and in front of wet curtain.

圖2 分娩舍傳感器節(jié)點布置示意圖

Fig.2 Schematic diagram of sensor layout in delivery house

2 CFD數(shù)值模型

2.1 基本控制方程

2.1.1 質(zhì)量守恒方程

任何流動問題都滿足質(zhì)量守恒定律，即：單位時間內(nèi)流體微元體中質(zhì)量的增加等于同一時間間隔內(nèi)流入該微元體的凈質(zhì)量。

2.1.2 動量守恒方程

動量守恒定律即：微元體中流體動量對時間的變化率等于外界作用在該微元體上的各種力之和。

2.1.3 能量守恒方程

2.1.4 組分傳輸方程

為研究舍內(nèi)濕度場的分布規(guī)律，引入基于組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的輸運方程[35]。其方程為

式中Y為組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，本研究即為水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，通過試驗測得進(jìn)口的相對濕度為99%，轉(zhuǎn)換成質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)值為0.014 788；S為水蒸氣質(zhì)量源項，kg/(m3·s)。

2.2 數(shù)值模型前處理

為提高計算效率，節(jié)約計算機模擬時間，采用SolidWorks建立分娩母豬舍物理模型（圖3），并簡化限位欄、漏糞地板、母豬和仔豬等結(jié)構(gòu)，將母豬和仔豬假設(shè)為與實際等三維尺寸的長方體[27]。采用ICEM CFD將模型離散成四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格（圖4），并對壁面、仔豬與母豬進(jìn)行局部加密。所劃分的網(wǎng)格單元數(shù)2 695 341，節(jié)點數(shù)為1 612 356，整體的網(wǎng)格數(shù)量為1 690 897。

圖3 豬舍模型圖

圖4 網(wǎng)格模型

2.3 邊界條件設(shè)置及求解

為簡化模型，提高仿真效率，對模型進(jìn)行如下假設(shè)[36-37]

1）舍內(nèi)氣體為牛頓流體；

2）舍內(nèi)氣體在流動過程中不可壓縮且符合Boussinesq假設(shè)；

3）水蒸氣在固體壁面不凝結(jié)；

4）舍內(nèi)氣密性良好。

在該模擬研究中，由于試驗測試時，豬舍外界溫度較穩(wěn)定，負(fù)壓風(fēng)機連續(xù)運行，故采用穩(wěn)態(tài)模擬[2]。

對分娩母豬舍模型進(jìn)行雷諾數(shù)求解[37-38]，雷諾數(shù)根據(jù)經(jīng)驗公式（6）計算。

式中（雷諾數(shù)）為流體力學(xué)中表征黏性影響的相似準(zhǔn)則數(shù)；為流體密度，取1.225 kg/m3；為速度，取1.445 m/s；為特征直徑，取0.3 m；為動力粘度系數(shù)，取17.9×10-6Pa·s。求得雷諾數(shù)約為29 667，為高湍流狀態(tài)，故選擇湍流模型。

Seo等[17,26]和Lee等[39]發(fā)現(xiàn)重整化群RNG湍流模型能有效表達(dá)畜禽舍內(nèi)流場分布，故本研究選擇精度較高的重整化群RNG湍流模型開展了數(shù)值模擬。

舍內(nèi)進(jìn)氣口設(shè)置為速度入口，共計36個速度入口。出口邊界條件設(shè)置為壓力出口。固體壁面為無滑移的壁面，熱邊界條件設(shè)置為溫度?？紤]到豬只的產(chǎn)熱最終作用于體溫的維持，故將豬只設(shè)置為恒溫體，表面溫度由熱成像儀獲得，忽略豬只的呼吸熱。舍內(nèi)空間較大，豬只表面對氣流的影響較小，故將其表面設(shè)置為光滑壁面。

風(fēng)機出口設(shè)為壓力出口，其他邊界條件設(shè)置如表1所示。

表1 邊界條件設(shè)置

3 結(jié)果與討論

3.1 試驗驗證

圖5a為各測點實測溫度與模擬溫度對比圖。其中，溫度模擬值與實測值最大差值不超過4 ℃，相對誤差為0.44%～17.04%，平均相對誤差為6.5%。圖5b為各測點相對濕度實測值與模擬值對比圖。其中，相對濕度模擬值與實測值最大差值不超過10%RH，相對誤差為0%～13.9%，平均相對誤差為7.3%，相比于謝秋菊等[31]的濕度相對誤差為49.66%的結(jié)果更準(zhǔn)確。通過式（1）可得，豬舍的溫度場均勻性系數(shù)為1.29，相對濕度場均勻性系數(shù)為1.51，溫度場均勻性比濕度場好。從對比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，溫度模擬值相對于實測值整體上偏小，而相對濕度模擬值相對于實測值整體偏大，可能是因為模擬過程中未考慮豬只的呼吸熱，從而造成溫度的模擬結(jié)果偏小。同時由于溫度模擬值比實測值偏低，導(dǎo)致相同質(zhì)量的水蒸氣在表示為相對濕度時數(shù)值會偏大。計算結(jié)果的相對誤差在合理的范圍內(nèi)，模擬結(jié)果較可靠，可準(zhǔn)確揭示豬舍內(nèi)的溫濕度場分布情況。

圖5 各測點實測值與模擬值對比

3.2 舍內(nèi)環(huán)境評估

3.2.1 溫度場

圖6a為截取的豬舍縱截面（）分別為=5.5 m、=12.7 m、=18.1 m、=22.7 m（風(fēng)機所在截面）、=28.9 m的5個平面內(nèi)的溫度分布圖。其中，各截面上在水平位置上隨著高度的增加，溫度逐漸升高，且以過道中線為對稱軸，各縱截面的溫度分布呈現(xiàn)出明顯的對稱性，說明舍內(nèi)溫度在過道兩側(cè)的分布較為一致，驗證了該舍采用的負(fù)壓濕簾通風(fēng)系統(tǒng)中將進(jìn)風(fēng)口對稱布置的科學(xué)性。在靠近門口、遠(yuǎn)離風(fēng)機的=5.5 m和=12.7 m 兩個縱截面內(nèi)，溫度的波動相對較小，范圍主要分布在20～24 ℃。在較靠近風(fēng)機的=18.1 m和=28.9 m 兩個縱截面內(nèi)，溫度波動較大，且底部溫度較低，但隨著高度的增加，溫度梯度增大（圖6c），頂部溫度約為27 ℃，一部分原因是由于靠近風(fēng)機的頂部區(qū)域存在氣流死區(qū)，導(dǎo)致部分區(qū)域與頂部換熱之后造成局部溫度較高；另一部分原因則是由于舍內(nèi)頂部的熱負(fù)荷較大，熱量主要從天花板傳入分娩舍內(nèi)部，因此使用具有良好隔熱效果的保溫材料對維持舍內(nèi)溫度場的均勻性具有良好效果。在風(fēng)機所在截面的=22.7 m內(nèi)，溫度分布與遠(yuǎn)離風(fēng)機的縱截面類似，在該截面的中部區(qū)域（過道），較高區(qū)域的溫度較低，原因是該區(qū)域內(nèi)存在較大的氣流速度，四周的新風(fēng)經(jīng)過短暫的換熱后被吹出舍外，使得該區(qū)域的溫度較低。整體而言，舍內(nèi)溫度在縱截面的分布較均勻，主要分布范圍為21～25℃。

圖6b為截取的豬舍橫截面（）分別為=0.2 m、=2.7 m（風(fēng)機所在截面）、=5.6 m的3個平面內(nèi)的溫度分布圖。如圖6b 三個位置的橫截面所示，在過道兩側(cè)的平面內(nèi)，溫度在水平高度上具有明顯的分布梯度，而在過道平面內(nèi)，溫度在水平高度上分布較均勻，主要保持在23～24 ℃，出風(fēng)口的出風(fēng)溫度為24 ℃左右。豬群所在區(qū)域，溫度基本維持在22～23 ℃。從圖中可以看到，吹向豬只頭部區(qū)域的新風(fēng)溫度為20 ℃，對豬只換熱后擴(kuò)散到周圍空氣中，因此不會出現(xiàn)仔豬直接吹冷風(fēng)的現(xiàn)象，且電熱毯為仔豬提供了及時的取暖。

圖6 溫度場分布

3.2.2 濕度場

圖7a為截取的豬舍縱截面（）分別為=5.5 m、=12.7 m、=18.1 m、=23.5m（靠近風(fēng)機截面）、=28.9 m的5個平面內(nèi)的相對濕度分布圖。各截面相對濕度隨著高度的增加而逐漸降低。底部的進(jìn)風(fēng)口區(qū)域的相對濕度在90%以上，越靠近中間過道，相對濕度有降低的趨勢，但降幅不明顯，過道處的相對濕度在80%以上。在仔豬與母豬所處的位置高度內(nèi)，相對濕度的分布大部分在80%以上。觀察各截面與風(fēng)機的距離關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，越遠(yuǎn)離風(fēng)機的截面，相對濕度變化越大，范圍波動更明顯；而越靠近風(fēng)機的截面內(nèi)相對濕度值波動較小，可能是因為在靠近風(fēng)機的截面內(nèi)風(fēng)速較大，水蒸氣迅速地被帶出舍外。同時出風(fēng)口處的氣溫較低，相對濕度的變化更小。各截面的相對濕度分布與溫度類似，同樣以過道中線為對稱軸，具有明顯的對稱性。

圖7b為截取的豬舍橫截面分別為=0.2 m、=2.7 m（風(fēng)機所在截面）、=5.6 m的3個平面內(nèi)的相對濕度分布圖。與溫度分布規(guī)律相反，各截面內(nèi)相對濕度隨著高度的增加而逐漸降低，原因是由于水汽的沉積導(dǎo)致舍內(nèi)濕度分布呈現(xiàn)“下高上低”的現(xiàn)象，整體分布范圍主要在80%～100%。由于進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的新風(fēng)相對濕度較高，母豬需要承受較高的空氣濕度，同時，仔豬也由于濕度的擴(kuò)散會受到空氣濕度過高的影響，這是夏季南方地區(qū)采用負(fù)壓濕簾通風(fēng)系統(tǒng)對舍內(nèi)降溫必然導(dǎo)致的進(jìn)風(fēng)濕度較高的問題，如何對進(jìn)風(fēng)水汽進(jìn)行有效除濕，并保證送風(fēng)濕度在合理范圍，是目前對畜禽舍內(nèi)環(huán)境調(diào)控的重點與難點。

3.2.3 速度場

圖8a為截取的豬舍縱截面（）分別為=5.5 m、=12.7 m、=18.1 m、=22.7 m（風(fēng)機所在截面）、=28.9 m的5個平面內(nèi)的氣流速度分布圖。其中，在風(fēng)機遠(yuǎn)墻一側(cè)，由于縱深較長，導(dǎo)致氣流速度的匯集作用更明顯，因此隨著縱截面離風(fēng)機距離的減小，出現(xiàn)截面內(nèi)風(fēng)速變化相對劇烈的情況；在此側(cè)離風(fēng)機較遠(yuǎn)的=5.5 m截面，氣流速度的變化范圍主要在0～0.2 m/s，而在較靠近風(fēng)機的=18.1 m截面內(nèi)氣流速度保持在0.2～0.5 m/s。而在風(fēng)機近墻一側(cè)，=39.5 m的截面內(nèi)氣流速度變化較小，與截面=5.5 m類似，該截面內(nèi)主要是在底部存在較小的氣流速度，隨著高度的增加氣流速度逐漸減小，在豬只高度以上的氣流速度大部分為0。在=22.7 m截面內(nèi)，氣流速度有明顯的分區(qū)現(xiàn)象，氣流主要匯集在靠近出口處，氣流在該縱截面下方的速度較小，可能是由于氣流方向主要是以水平截面為主，在縱截面上的較低位置氣流速度并不大。但在接近風(fēng)機出口高度0.2 m的位置，氣流速度急劇增加。氣流速度與溫濕度類似，也存在著較為明顯的對稱分布特性。整體而言，舍內(nèi)縱截面風(fēng)速能滿足國標(biāo)要求，即使是在風(fēng)速較大的進(jìn)風(fēng)口位置，風(fēng)速維持在0.4 m/s以下，結(jié)合水平截面與縱截面的氣流分布來看，舍內(nèi)豬只高度以下不存在氣流死區(qū)。同時，越靠近風(fēng)機的豬只需要承受更大的縱向氣流，但是氣流速度在國標(biāo)規(guī)定值以下，說明了該時刻的舍內(nèi)風(fēng)速能保證豬只的正常需求。

圖8b為截取的豬舍橫截面（）分別為=0.2 m、=2.7 m（風(fēng)機所在截面）、=5.6 m的3個平面內(nèi)的氣流速度分布圖。從過道兩側(cè)截面可以發(fā)現(xiàn)，在豬只旁邊會存在一個小的射流，射流方向指向風(fēng)機方位，說明負(fù)壓通風(fēng)的效果顯著，對舍內(nèi)的氣流風(fēng)向起到了較強牽引作用。在靠風(fēng)機較遠(yuǎn)一側(cè)，負(fù)壓抽風(fēng)的影響范圍比靠風(fēng)機較近的一側(cè)影響更大，因此離風(fēng)機較遠(yuǎn)側(cè)的豬只會受到較大氣流速度的影響。為減少風(fēng)機遠(yuǎn)側(cè)氣流速度較大的影響，有必要針對不同位置設(shè)計不同結(jié)構(gòu)的風(fēng)口，以改善舍內(nèi)豬只生活的舒適性。除了風(fēng)機下部以及進(jìn)風(fēng)口位置會存在較大氣流，在整個豬舍的其它大部分位置氣流都在0.4 m/s以下，在貼近出風(fēng)口附近的下部，風(fēng)速也較小，說明了此種地溝進(jìn)風(fēng)、中央排風(fēng)的負(fù)壓濕簾通風(fēng)方式能較好的滿足舍內(nèi)通風(fēng)情況，該舍對于縱向長度的選擇、風(fēng)機的安裝位置、進(jìn)風(fēng)速度的設(shè)定都較為合理。

圖8 速度場分布

4 結(jié) 論

通過建立地溝進(jìn)風(fēng)、中央排風(fēng)式分娩母豬舍的CFD模型，對分娩舍的溫濕度場進(jìn)行耦合模擬，主要得出以下結(jié)論：

1）采用該模型模擬分娩舍的溫濕度場，溫度模擬值與實測值最大差值不超過4 ℃，相對誤差為0.44%～17.04%，平均相對誤差為6.5%。相對濕度模擬值與實測值最大差值不超過10%RH，且相對誤差為0%～13.9%，平均相對誤差為7.3%。模擬溫度值相對于實測值整體上偏小，而相對濕度模擬值相對于實測值整體偏大。

2）從溫濕度的空間分布可以看出，溫度隨著垂直高度的增加而增加，且溫度梯度逐漸增大；而相對濕度則隨著垂直高度的增加而減小。豬舍的溫度場均勻性系數(shù)為1.29，相對濕度場均勻性系數(shù)為1.51，溫度場均勻性比濕度場的較好。風(fēng)機的距離可以影響相對濕度在空間上的分布，距離風(fēng)機越遠(yuǎn)，相對濕度變化越大，波動更明顯。

3）從速度場的空間分布可以看出，隨著垂直高度的增加，風(fēng)速逐漸減小，且在豬只旁產(chǎn)生一個小的射流，該射流方向指向風(fēng)機方位，可以看出負(fù)壓通風(fēng)的效果較為顯著。

本研究對分娩母豬舍進(jìn)行溫濕度場的耦合模擬，得到舍內(nèi)溫濕度場和氣流組織的分布規(guī)律，對集中通風(fēng)式豬舍的溫濕度場優(yōu)化具有一定的參考意義。

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Numerical simulation and experimental verification of temperature and humidity in centralized ventilated delivery pigsty

Zeng Zhixiong1, Wei Xinyu1, Lü Enli1, Liu Yanhua2, Yi Ziqi1, Guo Jiaming1※

(1.,510642,; 2.,,510642,)

High requirements for the environment are needed for pigs in the delivery house. This paper aimed to study the distribution of temperature and humidity in a centralized ventilated delivery house by numerical simulation. Tetrahedral non-structural meshes were used for mesh division, and the RNGturbulence model with high precision was used for steady-state simulation. The results showed that the maximum difference between the simulated temperature and the measured temperature was less than 4 ℃, and the relative error was 0.44% to 17.04%, while the average relative error was 6.5%. The maximum difference between simulated humidity and measured humidity is less than 10%, and the relative error was 0 to 13.9%, while the average relative error was 7.3%. The simulated value of temperature was smaller compared with the measured value, while the simulated value of relative humidity was larger than the tested value. It could be seen from the Z cross-section that in the horizontal position of each section, the temperature gradually increased with the increase of height, and the median line of the aisle was taken as the axis of symmetry. The temperature distribution of each longitudinal section presented an obvious symmetry, indicating that the temperature distribution in the dormitory was consistent on both sides of the aisle. The relative humidity of each section decreases gradually with the increase of height. The relative humidity of the air inlet area at the bottom was above 90%. The closer it was to the middle passage, the relative humidity tends to decrease, but the decrease was not obvious. The relative humidity in the passage was above 80%. The wind speed of the longitudinal section in the shed could meet the requirements of the national standards. Even in the position of the inlet with high wind speed, the wind speed was maintained below 0.4 m/s. According to the airflow distribution of the horizontal section and the longitudinal section, there was no airflow dead zone below the height of the pigs in the shed. At the same time, the closer the pig was to the fan, the greater the longitudinal airflow, but the speed of the airflow was below the national standard. In the plane (X cross-section) on both sides of the aisle, the temperature had an obvious distribution gradient in the horizontal height, while in the plane of the aisle, the temperature was evenly distributed in the horizontal height, mainly maintained at 23-24 ℃, and the air outlet temperature was about 24 ℃. Contrary to the temperature distribution law in the X cross-section, the relative humidity in each section gradually decreased with the increase of height, and the distribution range was mainly between 80% and 100%. From the cross-sections on both sides of the corridor, it could be found that there was a small jet beside the pigs, and the jet direction pointed to the fan bearing, indicating that the effect of negative pressure ventilation was significant, which played a strong drag role on the airflow direction in the shed. On the far side of the fan, the influence range of negative pressure exhaust was greater than that on the near side of the fan. Simulated values had a great agreement with experimental values. The study revealed the temperature and humidity distribution of the delivery house and provided a better reference for the optimization of the temperature and humidity distribution of the delivery house.

numerical simulation; piggery; temperature; humidity; distribution characteristics

曾志雄，魏鑫鈺，呂恩利，劉妍華，易子騏，郭嘉明. 集中通風(fēng)式分娩母豬舍溫濕度數(shù)值模擬與試驗驗證[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(3)：210－217.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.026 http://www.tcsae.org

Zeng Zhixiong, Wei Xinyu, Lü Enli, Liu Yanhua, Yi Ziqi, Guo Jiaming. Numerical simulation and experimental verification of temperature and humidity in centralized ventilated delivery pigsty[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(3): 210－217. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.026 http://www.tcsae.org

2019-11-27

2020-01-08

國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFD0401305-2）；國家自然科學(xué)基金項目（31971806和31901736）；廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才項目（自然科學(xué)）（2017GkQNCX010）；廣東省畜禽疫病防治研究重點實驗室開放基金（YDWS1904）

曾志雄，博士生，實驗師，主要研究方向為畜禽環(huán)境調(diào)控研究。Email：zhixzeng@scau.edu.cn

郭嘉明，副教授，博士，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控研究。Email：jmguo@scau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.026

S24; S-3

A

1002-6819(2020)-03-0210-08