吊頂對濕簾風機縱向通風牛舍環境及牛生理的影響研究

陳昭輝，熊浩哲，馬一暢，楊 皓，劉繼軍※，楊食堂

（1. 動物營養學國家重點實驗室，北京 100193； 2. 中國農業大學動物科技學院，北京 100193；3. 高安市裕豐農牧有限公司，高安 330800）

0 引 言

肉牛屬恒溫動物，無汗腺、熱增耗大、耐熱性差，在高溫高濕條件下極易出現熱應激癥狀[1]。在實際生產中，夏季的熱應激對肉牛的生長存在著不可忽視的影響 ，對肉牛產業已造成了巨大的經濟損失[2]。因此，在高溫地區采取適當的降溫措施尤為重要。

近年來，計算流體動力學（computational fluid dynamics，CFD）已被廣泛應用于研究機械通風畜舍氣流模式和氣體排放[3-5]。2014年，王校帥[6]對蛋雞舍濕簾風機縱向通風系統的環境進行CFD模擬，發現存在舍內通風不均、溫度過高的問題。同年，鄧書輝等[7]發現在飼喂通道風機側頸枷上方增加擋風板可有效改善低屋面橫向通風（low profile cross ventilated，LPCV）牛舍的氣流組織，提高奶牛活動區域氣流的均勻性和氣流速度。2016年，Mondaca等[8]利用CFD技術，研究了導流板對管道通風系統奶牛舍氣流場的影響，發現導流板可使射流范圍更集中于奶牛活動區而又不影響整體流場。2017年，姚家軍等[9]針對地面鵝只阻礙導致舍內氣流向上擴散的問題，基于CFD模擬結果提出導流板安裝方案，并將優化方案用于實際改造。

陳昭暉等[10]于2016年對濕簾風機縱向通風系統肉牛舍進行了模擬，結果表明舍內氣流分布不均，高風速區主要集中在屋頂及飼喂走道，可達0.9～1.2 m/s，肉牛活動區域風速較小，均小于0.6 m/s，不能滿足飼養標準。許多研究闡明了在畜舍中氣流均勻分布的好處[11-12]。因此，為提高動物活動區的風速，初步提出在不改變牛舍圍護結構的前提下，舍內安裝高度2 m、間距6 m的屋頂導流板和長度3 m、夾角60°的飼喂走道導流板，其中屋頂導流板下沿距地面2.2 m。經模擬發現溫度與風速的均勻性顯著提高，降溫效果更佳。

但導流板的使用仍然存在一些問題：首先，模擬中導流板高度為下沿距地面2.2 m，而飼喂走道高于牛躺臥區0.5 m，此時為飼養員剩余的活動高度僅剩1.7 m，不利于飼喂等操作的進行；其次，相鄰垂直導流板之間渦流嚴重，風速減緩，對其下方的動物活動區產生影響；最后，垂直導流板的安裝會增大氣流阻力，造成風機工況變化、風量減小。因此，本試驗采用薄膜吊頂代替導流板，對既有牛舍進行改造（下文統稱吊頂牛舍），探究吊頂牛舍的環境狀況并利用CFD對其氣流場進行模擬驗證。

1 材料與方法

1.1 吊頂牛舍原型

本試驗在江西省宜春市（28.25°N，115.2°E）的國家肉牛體系高安試驗站進行。江西地處長江以南，夏季高溫受西太平洋副熱帶高壓控制。據統計，35 ℃高溫日的氣候概率7月是50.0%，8月是37.3%；37 ℃高溫日的氣候概率7月是33.9%，8月是24.5%[13]。

牛舍尺寸為52 m×12 m×4.2 m，為小群散養模式。舍內肉牛躺臥區域沿長度方向，每隔2～3個開間設置1個小群，由600 mm高、240 mm厚的擋墻隔開，每小群飼養8～12頭育肥牛。牛舍兩側縱墻分別設置1.2 m寬、1.5 m高的清糞門3個與1.5 m寬、1.4 m高的清糞門1個，設置2.8 m寬、0.8 m高飲水槽2個，供舍內肉牛自由飲水。為增大肉牛活動區域風速，同時不影響人工飼喂的操作，距肉牛躺臥區3.3 m處安裝塑料薄膜吊頂，但由于重力作用，薄膜中部向下垂落，因此模擬的吊頂高設為3.0 m（見圖1、圖2）。系統運行期間，卷簾落下、門關閉，縱墻清糞小門及飲水槽處均使用帆布堵住，為牛舍創造相對密閉的空間。飼喂方式為人工飼喂，時間為 05:30與 16:30；清糞方式為人工清糞，時間為 05:30與17:00。

圖1 吊頂牛舍布置圖Fig.1 Arrangement plan of furred ceiling test barn

圖2 吊頂牛舍平面圖Fig.2 Plan of beef cattle barn with ceiling

1.2 環境指標檢測

1.2.1 檢測方法

2016年7―8 月對小群飼養81頭安格斯牛的試驗舍進行環境檢測，檢測指標包括溫度、相對濕度、風速、圍護結構溫度、肉牛體表溫度、呼吸頻率和體尺。對于風速的測定：如圖3a、3b所示，選取肉牛躺臥、站立和上方區域進行測定，由于各小群擋墻高0.6 m，為探究擋墻對氣流的影響，檢測擋墻兩側及上方風速，本試驗測定高度選取0.7、1.2、1.7 m。使用1臺三維超聲波風速儀81000，對108個風速測點進行測定。對于溫、濕度的測定：距地面 0.7、1.2 m處采用手持溫濕度測定儀（Testo625）對45個溫度測點進行測定。對于圍護結構溫度、肉牛體表溫度的測定：沿長度方向每隔6 m截取1個剖面，各剖面布點如圖 3b，使用紅外熱像儀（Fluke Ti400）分別測定屋面、卷簾、墻體、臥床、飼喂走道的紅外溫度。對于進出口邊界條件的測定：如圖 3c、3d，使用三維超聲波風速儀 81000測定進出口風速，各點懸掛溫、濕度自動記錄儀測定濕簾與 4臺風機的進出口溫濕度，每5 min自動記錄1次溫、濕度。對于體尺的測定：選取15頭體質量相近、年齡及生理狀況相似的肉牛測定其體尺大小。對于呼吸頻率的測定：選取15頭體質量相近、年齡及生理狀況相似的肉牛，觀察牛腹部起伏情況，記錄肉牛1 min的呼吸次數。

分別對吊頂安裝前后的小群飼養舍進行檢測，各環境指標每天測定 4次，測定時間 10:00、12:00、14:00、16:00，且通過對各點同一時刻的溫濕度自動記錄儀數據進行分析，發現1 h內溫度值差異不顯著，因此忽略測定時間對實測值的影響。舍內環境指標測定布點如圖 3a、3b（A為靠近風機端，N為靠近濕簾端， A1表示第一列、第一排、1.7 m高測點）；舍外環境指標測定選取靠近試驗舍且避免陽光暴曬、避雨處作為采樣點。

1.2.2 等溫指數評價

結合環境變量得出的 ETI（equivalent temperature index）是用于估計牛舍炎熱程度和奶牛熱應激程度的指標，多適用于評價高溫高濕環境下的牛只表現。具體公式如下[14-15]

式中t為干球溫度，℃；RH為相對濕度，%；v為舍內風速，m/s。

圖3 環境指標測定點布置圖Fig.3 Arrangement plan of environmental measuring points

1.2.3 試驗儀器

試驗儀器見表1。

表1 試驗儀器表Table 1 List of test instruments

1.2.4 數據分析

試驗數據采用Excle軟件分析，結果以“平均值±標準差”的形式表達，在數據正態分布檢驗的基礎上采用Duncan新復極差法對各處理間計算數據進行差異顯著性檢驗（P＜0.01）。

1.3 控制方程

控制方程見文獻[10]。

1.4 計算模型

1.4.1 牛舍模型

本次模擬采用UG軟件（Unigraphics NX 8.0）以牛舍實際尺寸為標準構建模型，以牛舍地面上長度（54 m）的1/2和跨度（12 m）的1/2的交叉點為坐標原點進行三維模型創建，牛舍長度方向為 X方向，垂直于地面方向為Y方向，牛舍跨度方向為Z方向（X朝向風機端）。其他簡化處理操作與《夏季肉牛舍濕簾風機縱向通風系統的環境CFD模擬》[10]中一致，濕簾區域設置為多孔介質。進風口設置為速度入口（velocity inlet）。出風口設置為基于壓力出口的排風扇邊界（exhaust fan）。流場中其他壁面均設置為無滑移的墻面邊界，熱力學邊界設置為溫度邊界條件[10]。此外，根據實測的15頭試驗牛的體高、體尺，等比例創建肉牛三維模型，創建方法與簡化措施與上一章相同，只肉牛體尺改變。

1.4.2 網格劃分

本模擬采用 ANSYS FLUENT軟件生成非結構化四面體網格，在氣流進出口處對網格進行加密處理，以確保氣流場的精確模擬。牛舍整體網格最大邊長設置為500 mm，舍內四壁表面定義網格層數 5，濕簾與風機進行網格加密，濕簾網格數為1 573，尺寸為200 mm；風機網格數為497，尺寸為200 mm。經統計，該牛舍網格劃分中，節點數為1 014 626，單元數為5 805 285。肉牛表面網格最大尺寸為50 mm，網格單元數量為260 806個。

1.4.3 材料定義

由于 2次模擬試驗牛舍為同一棟牛舍，因此圍護結構參數不變，矮墻參數與磚墻相同[10]。家畜的顯熱散熱量可直接加熱空氣，對舍內溫度產生影響。因此，在創建模型時應考慮肉牛散熱量，作為熱源考慮。本模擬中，肉牛的平均體質量為330 kg，日糧干物質能量取10.14，環境溫度取30 ℃。由式（2）、（3）計算可得：肉牛的總散熱量為575.84 W，顯熱散熱量為271.98 W。

式中φtot為總散熱量，W；sφ為顯熱散熱量，W；Y2是日增質量，0.7～1.1 kg/d；M 是干物質能量，粗飼料M=10 MJ/kg，精飼料M=11～12 MJ/kg；m是肉牛體質量，kg；α、Kt是無量綱數，

1.5 流體域與邊界條件

1.5.1 濕簾入口

濕簾區域設置為多孔介質，進風口設置為速度入口（velocity inlet），經測定，過簾風速分別為1.51、1.48、1.44 m/s，風速角度垂直于邊界，初始溫度為 302.84 K（29.69 ℃），濕簾的黏性阻力系數為12.097 8，慣性阻力系數為67.745 7。

1.5.2 風機出口

出風口設置為基于壓力出口的風扇邊界（exhaust fan），由測定得：4臺風機的風速大小分別為3.66、3.57、3.49、3.53 m/s，并依據風速推算出質量流量與壓強躍升量，如表2所示。

表2 排風扇邊界條件Table 2 Boundary condition of fan

1.5.3 溫度邊界

流場中其他壁面與牛體均設置為無滑移的墻面邊界，熱力學邊界設置為溫度邊界條件，根據紅外熱像儀測定數據，具體設定數值如表3所示。

1.5.4 數值求解

采用 Fluent 軟件進行數值求解，選用 Realizable湍流模型，近壁區采用標準壁面函數，控制方程采用基于有限體積的離散方法，壓力-速度耦合選用SIMPLE 算法，動量和湍流動能選用二階迎風格式。

表3 溫度邊界條件Table 3 Boundary condition of temperature

2 結果與分析

2.1 CFD模擬驗證

2.1.1 氣流場驗證

圖4、圖5、圖6為距地面0.7、1.2、1.7 m處各測點風速模擬值與實測值的對比結果，同時以平均相對誤差作為判定標準，經計算得出：0.7m高度為27%，1.2 m高度為14%，1.7 m高度為13%。對比Bustamante等[16]模擬的相對誤差14.7%，可認為本試驗1.2、1.7 m高度的氣流速度吻合性較高。雖然0.7 m高度的相對誤差較大，但從圖中可得氣流速度的實測值與模擬值之間趨勢吻合，尤其走道處無障礙物等影響，模擬值與實測值的吻合更佳。圖4a、圖5a中C點的風速值變化趨勢不一致，原因可能是在C點前設有糞溝蓋板，在實際生產過程中會出現蓋板不嚴實的情況，導致畜舍氣密性不佳。同時在實際測量時，受飼喂擋墻的影響，測定位點存在一定的偏差。此外，肉牛的行為會對氣流場造成一定的阻力，影響風速值。并且由于實際狀態下肉牛四處走動，但模擬中牛的位置是固定的，因此造成0.7 m處風速的實測值偏差較大、吻合性略差。以絕對誤差為判定標準，經計算得出：在 108個風速測定點中有 95個點的絕對誤差不超過0.3 m/s、占比 88.0%，對比 Blanes-Vidal等[17]模擬的 27個測點中有19個測點的絕對誤差在0.3 m/s以下、占比70.4%，本試驗吻合性驗證更佳，認為模型有效，可基于此模型來預測舍內的氣流分布。

圖4 0.7 m高度風速實測值和模擬值Fig.4 Measured and simulated value of air velocity at 0.7 m height

圖5 1.2 m高度風速實測值和模擬值Fig.5 Measured and simulated value of air velocity at 1.2 m height

圖6 1.7 m高度風速實測值和模擬值Fig.6 Measured and simulated value of air velocity at 1.7m height

2.1.2 網格獨立性檢驗

為保證模型具有良好的精度，應對網格獨立性進行驗證。Chen等推薦將網格呈現倍數增長、并對不同倍數網格數的模型進行比較來判定網格獨立性[18]。本模擬利用該方法進行檢驗，最終對0.5倍網格、1倍網格、2倍網格數（網格數分別為2.9×106、5.8×106、1.2×107）進行網格獨立性分析，見圖7。

圖7 網格獨立性檢驗Fig.7 Grid independence test

由圖7可知，在網格數量達到5.8×106（1倍網格）時，再增加網格數量，結果無明顯改善，1倍網格與2倍網格下的模擬結果差異不顯著，這就說明該模型較多計算域內，網格數量已達到獨立性。為提高計算速度，本模擬選擇5.8×106網格數的模型進行后續研究。

2.2 模擬結果

2.2.1 氣流場模擬結果

不同截面的風速分布狀況見圖8。由圖8a、8b、8c可知，較高風速仍主要集中在飼喂走道（中間顏色最淺區域），但與安裝吊頂前相比[10]，南北側臥床處的風速顯著增加，牛舍中部區域不再存在極小風速區。在Y=700 mm平面上，飼喂走道的平均風速為 1.05～1.57 m/s，肉牛活動范圍的平均風速為0.26～0.78 m/s，在Y=1 200 mm平面上，全舍風速得到有效改善，肉牛活動區域風速在 0.52 m/s以上，且靠近濕簾處風速更大。在Y=1 700 mm平面上，全舍風速在1.05 m/s以上。高度上的風速差異是由于牛、擋墻等產生的阻礙作用不同而產生的。在Y=0.7 m平面上，氣流受到擋墻和牛體的影響，阻力較大，從而風速較低；在Y=1.2 m平面上，僅有部分擋墻與牛體上半部分對氣流產生阻礙作用，因此風速有所提高；在Y=1.7 m平面上，氣流幾乎不受到阻礙，所以風速最大。由圖8d、8e發現，擋墻兩側風速出現明顯降低，但影響范圍基本在 0.6～0.7 m高度以下的區域，靠近擋墻處風速為0.26 m/s以下，這可能是由于擋墻對氣流的阻礙作用造成的。擋墻水平高度上方的氣流平行于平面流動，靠近吊頂處風速為 1.31～1.57 m/s。沿牛舍縱軸方向的風速稍有衰減，靠近濕簾處的風速稍高。

圖8 截面氣流場模擬結果Fig.8 Simulated results of airflow field section

注：X朝向濕簾端，下同。

Note: X is toward to the pad. The same as below.

綜上，在試驗牛舍原型中增加吊頂時，可將氣流導向肉牛活動范圍內，有效改善肉牛活動區域風速，舍內的氣流均勻性得到提高。但由于薄膜吊頂的貼附作用，氣流貼薄膜表面前行，因此隨著高度的增加，風速越高、氣流均勻性越好。但總體而言，舍內風速的增加有助于降低肉牛的體感溫度，緩解牛只熱應激，滿足夏季肉牛飼養標準。

2.2.2 氣流分布均勻性評價

為評價吊頂安裝前后肉牛活動區域的氣流分布均勻性，參照民用建筑的氣流均勻性標準進行評價[19]。由式（4）、（5）計算得出吊頂安裝前后的舍內氣流均勻性。吊頂安裝前，Y=1.0 m截面風速的不均勻系數為9.26；吊頂安裝后，舍內Y=0.7 m截面風速的不均勻系數為6.32，Y=1.2 m截面風速的不均勻系數為6.09，Y=1.7 m截面風速的不均勻系數為 5.99。由此可知，安裝吊頂不僅提高了舍內風速，氣流均勻性也得以提高。式中Jh為距地面高度h mm的平面上的氣流不均勻系數，值越低，氣流均勻性越好；Vh為距地面高度h mm的平面上的平均氣流速度，m/s；Vi為第i個測定點的氣流速度，m/s；n為測定點數量。

2.3 環境狀況實測值分析

2.3.1 風 速

表 4為吊頂安裝前后舍內不同高度的平均風速。濕簾風機系統運行后，未安裝吊頂的牛舍內，高風速區主要集中在飼喂走道，風速為0.80～0.99 m/s，造成通風資源浪費，肉牛活動區域風速小于0.5 m/s，且靠近墻的區域風速更低。這是由于肉牛拴系飼養依次排列以及墻體對氣流產生阻礙，而飼喂走道處無障礙物，因此肉牛活動區風速變小。1.2 與1.7 m高度處的風速值均高于0.7 m高度，這是由于隨著高度的增加，牛體以及擋墻其他障礙物對氣流場的阻力減小，從而引起風速增大；吊頂牛舍內，各區域風速值都顯著提高，不同高度平均風速值的差異減小，表明舍內氣流分布更為均勻。雖然高風速區仍然集中在飼喂走道，但肉牛活動區平均風速增至0.75 m/s。根據肉牛適宜的通風參數，育肥牛舍（1歲以上）的夏季適宜風速為0.8～1.0 m/s[20]；CIGR推薦的夏季適宜風速1.0～3.0 m/s[21]，對照這一標準，未安裝吊頂的牛舍內風速小于0.5 m/s，而安裝吊頂后舍內平均風速均顯著提高。由圖9可知，吊頂安裝后較安裝前肉牛附近的平均風速提高0.38 m/s，說明吊頂安裝后顯著提高舍內風速，滿足肉牛夏季生長需要。但靠近擋墻處的風速出現規律性上下浮動，這是擋墻對氣流產生阻礙作用的結果。

表4 吊頂安裝前后舍內平均風速Table 4 Average velocity in barn before and after ceiling installation(m?s-1)

2.3.2 溫濕度

表 5為吊頂安裝前后舍內外各時刻的平均溫度。濕簾風機降溫系統開啟后，未安裝吊頂的牛舍，舍外平均溫度（35.0±2.7）℃條件下，0.7 m高度處平均溫度（30.0±0.7）℃，1.2 m高度處平均溫度（30.1±0.8）℃，較舍外平均降溫14%；安裝吊頂的牛舍，舍外平均溫度（37.2±2.1℃）℃條件下，0.7 m高度處平均溫度（31.1±0.7）℃，1.2 m高度處平均溫度（31.1±0.7）℃，較舍外平均降溫16%；且14:00時刻吊頂牛舍內平均溫度（31.3±0.8）℃，較舍外降低18%，說明安裝吊頂后降溫效果顯著。

圖9 吊頂安裝前后舍內平均風速對比Fig.9 Comparison of average velocity before and after ceiling installation

表5 吊頂安裝前后舍內外平均溫度Table 5 Average temperature in barn before and after ceiling installation℃

表6為吊頂牛舍內外各時刻平均相對濕度。系統運行后，除10:00外舍內相對濕度小于或接近80%，舍內平均相對濕度80.9%。NY/T388-1999規定的牛舍環境濕度上限是80%[22]，一般認為育肥牛舍的相對濕度不宜超過85%[23]，對照這一標準，舍內相對濕度略高，超過這一標準。

表6 吊頂安裝后舍內外平均相對濕度Table 6 Average relative humidity in barn after ceiling installation%

2.3.3 有害氣體濃度

表7為吊頂牛舍不同區域、不同時刻的平均NH3與CO2濃度。由數據可知，系統開啟運行后，舍內北側肉牛活動區域的平均NH3濃度與CO2濃度較高，中走道的平均NH3濃度與CO2濃度較低。這種差異是由于肉牛活動引起的。CIGR推薦牛適宜的CO2質量濃度為3 000 μL/L，NH3質量濃度為20 μL/L[21]，因此兩者均滿足肉牛舍空氣質量標準。

表7 吊頂安裝后舍內平均氣體濃度Table 7 Average mass concentration in barn after ceiling installation

2.3.4 呼吸頻率

由于一天當中12:00～14:00溫度最高，因此測定這2個時刻下的呼吸頻率。目前尚無關于肉牛的呼吸頻率范圍標準，故參考奶牛相關數據：正常情況，呼吸頻率 20次/min；輕度熱應激，呼吸頻率 50～60次/min；中度熱應激，呼吸頻率＞80～120次/min；嚴重熱應激，呼吸頻率＞120～160次/min[24]。經測定，在這2個時刻肉牛的呼吸頻率分別為（36±7）、（35±4）次/(min)，雖高于正常情況，但未達到輕度熱應激水平，說明肉牛處于較好的生理狀態。

2.3.5 等溫指數（ETI）

表8為由式（1）計算得出的吊頂牛舍ETI。由于目前鮮見關于肉牛的 ETI評價標準，因此參考奶牛標準進行評價。Baeta等[15]指出，當ETI在16～26.5范圍為安全狀態，當ETI在＞26.5～31.5范圍為預警狀態，當ETI＞31.5為特別預警狀態，當ETI＞37.5為危險狀態，當ETI＞43.5為特別危險狀態。Silva等[25]在巴西地區進行同樣研究，指出當ETI＜30為安全狀態，當ETI在30～34范圍為預警狀態，當ETI在34～38范圍為特別預警狀態，當ETI＞38為危險狀態。對照以上標準，吊頂牛舍內的 ETI均處于安全狀態，說明通風降溫效果較好。

表8 吊頂安裝后舍內平均等溫指數ETITable 8 Average ETI (equivalent temperature index) index in barn after ceiling installation

3 討 論

首先，針對氣流場，大多模擬采用空載畜舍進行吻合性驗證，或將動物體簡化為板狀結構，且模擬中動物模型的位置是固定的，但實際飼養中肉牛的排列、走動、分布等時刻變化，這是影響風速吻合性驗證不理想的主要原因。針對舍內的風速分布，賀城等[26]對縱向通風系統育肥豬舍進行探究，發現氣流在進出風口風速較大，中部區域風速較低，且越靠近出風口舍內溫度越高；王校帥[6]對蛋雞舍濕簾風機縱向通風系統的環境進行 CFD模擬，發現由于雞籠的阻礙作用，舍內中部存在低風速區，風速僅為0.5 m/s，易使蛋雞發生熱應激。而本次試驗中模擬的吊頂牛舍結構形式雖與原牛舍相同，但肉牛飼養方式、牛群頭數不同。其中原牛舍的模擬為拴系飼養，飼養頭數58頭，吊頂牛舍為小群飼養方式，飼養頭數81頭。因此本次試驗對原模型進行了改進，增加了牛的數量同時將其隨機分布于牛舍中。但吊頂牛舍與原牛舍的模擬結果均表明由于牛體擋風的影響，靠近濕簾與風機端的區域風速較大，牛舍中部的肉牛活動區域風速減小，與上述試驗結果一致，說明不同的飼養方式未對舍內風速環境產生較大影響。因此在探究氣流場變化原因時不考慮該因素。

雖然導流板能在一定程度上解決畜舍氣流分布不均的問題，但它的也存在一些缺陷。導流板在 LPCV奶牛舍中的應用效果較好，可使平均風速增加52.8%，氣流不均勻性指標降低41.8%[7]，但由于LPCV牛舍屬于橫向通風系統，故對于導流板在縱向通風系統中的應用效果仍有待探究。Cheng等[27]發現，在縱向通風系統的雞舍中，當氣流經過屋頂導流板之后，會返回頂棚，造成相鄰導流板之間的渦流區的形成，同時導流板的存在會增大氣流場阻力，影響風機工況。這一問題同樣出現在采用管道通風系統的奶牛舍中[6]。此外，Smyk等[28]在探究導流板對氣流場的影響后發現，導流板雖能使得室內氣流分布更均勻，但這一效果在氣流場的上風向區域很不穩定，且該區域風速變異度較大。

由前期試驗結果可知[10]，安裝導流板后雖然可將氣流引向2側，但效果十分有限，相鄰屋頂導流板之間存在低風速區，風速接近0。肉牛活動區的風速約為0.6 m/s，與初始牛舍相比僅提高0.3 m/s，而安裝吊頂后，由于牛舍體積有效減小，使相同進氣量的牛舍風速提高，同時使得氣流更集中于肉牛活動區，風速可達1 m/s，與安裝導流板的牛舍相比提高了0.4 m/s。2016年，Duan等[29]利用CFD技術，發現在濕簾風機縱向通風的兔舍中，降低塑料天花板高度的兔舍風速提高0.8 m/s，與本試驗結果一致。因此認為吊頂牛舍更有利于提高舍內風速與氣流均勻性，從而緩解肉牛發生熱應激。

在畜舍中，空氣分布與通風設計高度相關。因此，在動物所占據的空間內，在達到適宜的風速的同時產生均勻分布的氣流場對于畜舍的熱舒適條件而言至關重要[30]。綜上所述，認為在縱向通風的畜舍中，合理利用吊頂是一種方便有效且經濟適宜的降溫措施。

4 結 論

本研究對濕簾風機縱向通風系統吊頂肉牛舍進行了三維數值模擬和現場實際測量，得出以下結論：

1）環境數值模擬結果表明，牛舍內氣流均勻性得到提升，肉牛活動區域風速顯著提高，在Y=0.7 m截面上，肉牛活動范圍的平均風速為0.26～0.78 m/s，Y=1.2 m截面上，肉牛活動區域風速在0.52 m/s以上，Y=1.7 m截面上，全舍風速在1.05 m/s以上。

2）環境指標實測結果表明：吊頂牛舍內Y=0.7 m截面的平均風速為 0.75 m/s，Y=1.2 m截面的平均風速為0.88 m/s，Y=1.7 m截面的平均風速為1.00 m/s，吊頂安裝后較安裝前平均風速提高0.38 m/s。未安裝吊頂的牛舍，舍外平均溫度（35.0±2.7）℃條件下，0.7 m高度處平均溫度（30.0±0.7）℃，1.2 m高度處平均溫度（30.1±0.8）℃，較舍外平均降溫 14%；安裝吊頂的牛舍，舍外平均溫度（37.2±2.1）℃條件下，0.7 m 高度處平均溫度（31.1±0.7）℃，1.2 m高度處平均溫度（31.1±0.7）℃，較舍外平均降溫 16%，說明安裝吊頂后降溫效果顯著。吊頂牛舍內有害氣體濃度均在飼養標準范圍內；肉牛呼吸頻率36次/min，未達到輕度熱應激水平，牛舍平均等溫指數為23.96，處于安全狀態，說明吊頂牛舍能為肉牛提供適宜的飼養環境。

綜上，本試驗提出的濕簾風機縱向通風系統結合吊頂的優化方案，既利于提高舍內風速與氣流均勻性，又可避免因導流板阻力增大對風機風量造成的影響，可為指導該形式肉牛舍的設計提供依據。