改善大型雞舍空氣質量的探討

2014-08-15 03:09:14宏宇

應用能源技術 2014年11期

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(哈爾濱理工大學機械動力與工程學院，哈爾濱 150080)

0 引言

現代化大型雞舍多采用高密度飼養，雞舍內容易產生氨氣、硫化氫、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等有害氣體[1]。此外，還有少量的有機酸、含硫化合物、胺、吲哚等有害物質。這些物質主要由雞的糞便、飼料殘渣、墊草等物質腐敗后分解產生、雞的呼吸及其體表面散發形成的。氨氣無色，但具有強烈的刺激性，舍內氨氣常溶解或吸附于潮濕的地面、墻表及家禽的黏膜上，引起既角膜、結膜炎癥，雞因無法睜眼導致攝食量下降，吸入肺部，會引起呼吸道黏膜充血、紅腫，分泌物增多，甚至肺部充血，降低免疫力，使發病率增加[2]。

雞舍內的通風系統是為了保證舍內的溫度[3]、相對濕度及有害氣體的濃度在允許范圍內，清除室內多余的熱量、濕量、灰塵及氣味，同時，稀釋空氣中的細菌，滿足不同季節的不同溫度、相對濕度、風速，適合不同生長期和密度的家禽，使其能夠健康地成長[4]。通風系統風量的大小直接影響雞舍通風效果，若風量過小，會導致通風不利，影響雞的生長和質量；風量過大會使雞有吹風感及費用的增加。合理設置通風口的入射角度、數量及大小，調整風機的流量及開啟時間，在最短時間內置換掉雞舍內的有害氣體。

1 數學模型

實驗雞舍占地面積為100×12.8 m，把整個雞舍的四分之一區域作為研究對象，模擬區域長寬高分別為25×12.8×4.88 m。

圖1 通風雞舍的數學模型

物理假設：(1)空氣為恒定流動，即滿足方程[5]：

p=p(x,y,z)

ρ=ρ(x,y,z)

v=v(x,y,z)

(1)

(2)忽略雞舍的漏風，滿足質量守恒方程[6]，即：

(3)忽略浮生力，只考慮重力影響，伯努利方程[5]簡化為：

(3)

(4)流動滿足動量方程[5]：

∑F=ρqv(α02v2-α01v1)

(4)

數學求解：因為雷諾數

Re=7 000>2 340

所以流動屬于湍流狀態，求解這類問題要運用三維非穩態的N-S方程[7]：

(5)

2 改變風機流量對大空間空氣質量的影響

采用一個進風口，一個出風口的通風方式，入口直徑d1=0.60m，圓心距離地面的高度為h1=1.80m，出口直徑d2=0.90m，圓心距離地面的高度d2=0.90m，圓心在同一個y～z平面上，分析流場效果圖時，僅有平行于地面x-y平面上的流場效果比較直觀，因此，對此平面進行著重分析，比較流量分別為60m3、90m3和150m3時的流場流動情況。

圖1 流量為60 m3速度分布云圖

圖2 流量為90 m3速度分布云圖

圖3 流量為150 m3速度分布云圖

圖1-圖3為三種不同流量情況下的速度云圖。比較這三種不同流量的x～y平面圖，由于空氣具有粘性的原因，從進風口進入的空氣在周圍空氣的影響下，氣流外圍受到場內空氣的干擾會發生流線方向的改變，最后到達出風口時垂直于進風口軸線上的氣流面積大于出風口的面積，因此從進風口進入的空氣在流經整個區域后，一部分在出風口被抽出，另一部分會沿著邊界向四處流動，這就是在整個區域內形成渦流以及形成C、D、E、F、G、H區域的原因。比較圖1～圖3可以發現，軸線發生了橫向偏移，而且方向不固定，60m3與90m3流量的流場偏移方向相反，150m3流量的流場偏移較小。流量越大，偏移的角度越小，從低流量到高流量這種偏移的趨勢在減小。由于軸流線的偏轉，形成了兩個能量不同的渦流，使整個模擬區域左右兩側的氣流組織造成很大的差別[9]。

3 改變入口入射角度對大空間空氣品質的影響

采用二個進風口，一個出風口的通風方式，入口間距為6.0m，入口直徑d1=0.60m，圓心距離地面的高度為h1=1.80m，出口直徑d2=0.90m，圓心距離地面的高度d2=0.90m，出口流量90m3，二個入口流量平均為45m3。入射氣流沿水平方向，分別取入射角度為45°、60°和75°進行分析。圖4-圖6為入口間距均為6.0m入射角不同速度矢量圖。

圖4 入射角45°入口間距6. 0 m速度矢量圖

圖5 入射角60°入口間距6. 0 m速度矢量圖

圖6 入射角75°入口間距6. 0 m速度矢量圖

圖4入射角度過小，氣流與壁面貼的太近，而且與左右邊界發生較直接的碰撞，從云圖中可以看出這造成能量的損失，使場內中心部分的空氣流動效果不好。圖5和圖6兩種入射角度的速度運圖有些接近，但從速度場合速度云圖分析，還是75°的入射角度的速度場和速度云圖要好一些，速度高的區域覆蓋面積角度大些。

4 不同間距不同入口入射角度對大空間空氣品質的影響

采用二個進風口，一個出風口，入口直徑d1=0.60m，圓心距離地面的高度為h1=1.8m，出口直徑d2=0.90m，圓心距離地面的高度d2=0.90m，出口流量90m3，二個入口流量平均為45m3。由于二個進風口組合射流的種類和角度較多，通過分析得知，為了使整個大空間的氣流流動均勻，最好入射氣流平行于水平方向。由于組合過多，下面僅對具有典型性的入射角度和進風口間距的組合進行分析。選取60°和75°兩個入射角度和進風口間距為3.0、6.0m。檢測面的高度選取z-x平面的入口圓心的高度。圖7-圖10分別為入射角度為60°和75°不同入口間距的速度矢量圖。