發(fā)酵床網(wǎng)上養(yǎng)殖肉鴨舍春季環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)及通風(fēng)策略模擬優(yōu)化

倪德綱 孟力力 沈建洲 劉建龍 霍連飛 柏宗春 夏禮如

摘要：中國(guó)作為世界上肉鴨出產(chǎn)最多的國(guó)家，近年一直在提倡對(duì)肉鴨進(jìn)行集約化和規(guī)?；B(yǎng)殖。而最近興起的一種新型的發(fā)酵床網(wǎng)上養(yǎng)殖模式，通過地面鋪設(shè)生物墊料用來發(fā)酵分解糞便，能有效避免水禽與糞污的接觸，減少病原微生物的感染與傳播機(jī)會(huì)，提高鴨舍內(nèi)的空氣環(huán)境質(zhì)量。對(duì)發(fā)酵床網(wǎng)上養(yǎng)殖肉鴨舍內(nèi)的溫濕度進(jìn)行測(cè)試，使用三維建模軟件建立了鴨舍的等比例模型，使用fluent軟件對(duì)鴨舍內(nèi)的氣流場(chǎng)進(jìn)行環(huán)境模擬，為使鴨舍內(nèi)環(huán)境達(dá)到適宜肉鴨成長(zhǎng)的范圍，使鴨舍內(nèi)的氣流組織更加均勻，引入了不均勻系數(shù)，且以不均勻系數(shù)<0.2為目標(biāo)，針對(duì)鴨舍內(nèi)氣流組織形式不均勻的問題，采用優(yōu)化通風(fēng)策略的方法來解決。實(shí)地測(cè)試數(shù)據(jù)為，測(cè)試期間（2022年3月18日00：00至2022年3月25日00：00），鴨舍內(nèi)氣溫9.34～23.77℃，舍內(nèi)外平均溫差6.75℃；舍內(nèi)平均相對(duì)濕度80.66%，低于舍外；對(duì)鴨舍的實(shí)際情況進(jìn)行仿真計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，與實(shí)地測(cè)試數(shù)據(jù)相比，平均相對(duì)誤差僅為3.58%～4.07%，說明該研究所建模型的數(shù)值模擬與試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有很好的一致性。但模擬結(jié)果顯示，原有的通風(fēng)策略并不能滿足鴨舍內(nèi)氣流組織均勻性的要求，鴨舍后半部分的空氣流動(dòng)幾乎凝滯。通過增加鴨舍后部的通風(fēng)面積30%，同時(shí)通風(fēng)小窗面積以重疊60%對(duì)稱布置的策略來使外界氣流更充分地同鴨舍內(nèi)的空氣進(jìn)行交換，優(yōu)化后S1、S2、S3平面的溫度范圍分別為12.87～28.03℃、10.13～27.16℃、12.98～24.41℃；優(yōu)化通風(fēng)策略后，鴨舍內(nèi)S1、S2、S3平面的平均風(fēng)速分別為0.62、0.66、0.56m/s，對(duì)比原來的通風(fēng)策略其氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)更加均勻。本研究結(jié)果可為今后類似鴨舍的通風(fēng)方式及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持。

關(guān)鍵詞：溫度；流場(chǎng)；發(fā)酵床；模擬仿真；鴨舍

中圖分類號(hào)：S834.4+6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）10-0168-08

我國(guó)是世界上肉鴨養(yǎng)殖和出欄量最多的國(guó)家，同時(shí)我國(guó)的肉鴨出口量也常年位居世界第一［1］。在這樣的背景下，提高肉鴨的養(yǎng)殖質(zhì)量，保證肉鴨生長(zhǎng)過程的健康就顯得尤為重要。近年來，我國(guó)的肉鴨養(yǎng)殖模式不斷朝著規(guī)模化、集約化、數(shù)字化發(fā)展，根據(jù)“十四五”要求，嚴(yán)格保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間和鄉(xiāng)村生態(tài)空間，科學(xué)劃定養(yǎng)殖業(yè)適養(yǎng)、限養(yǎng)、禁養(yǎng)區(qū)域。我國(guó)目前肉鴨養(yǎng)殖模式主要有傳統(tǒng)散養(yǎng)、地面平養(yǎng)式、層疊籠式和發(fā)酵床式4種，其中發(fā)酵床進(jìn)行網(wǎng)上養(yǎng)殖可利用微生物發(fā)酵分解肉鴨糞便中的有機(jī)質(zhì)，不僅能降低糞便病原體和寄生蟲卵的數(shù)量，還能有效抑制氨氣等臭氣，降低糞便聚積產(chǎn)生的高溫，大大提高了肉鴨的生活和生長(zhǎng)環(huán)境的質(zhì)量，減少了肉鴨應(yīng)激反應(yīng)出現(xiàn)的概率［2］。而且由于使用高臺(tái)網(wǎng)床進(jìn)行網(wǎng)上養(yǎng)殖，故而可在不打擾鴨子正常作息的情況下使用自動(dòng)翻耙機(jī)來處理板結(jié)、失效的墊料，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)營(yíng)成本。由于這些優(yōu)點(diǎn)，發(fā)酵床養(yǎng)殖在全國(guó)各地越來越受青睞。

在肉鴨生長(zhǎng)過程中，過于明亮的光照、超出一定范圍的溫度、惡劣的空氣質(zhì)量均會(huì)引起肉鴨的應(yīng)激反應(yīng)，降低鴨的免疫力，使鴨患上嚴(yán)重疾病，甚至死亡。邵坤等研究表明，肉鴨生長(zhǎng)的最佳環(huán)境相對(duì)濕度應(yīng)在55%～65%之間，肉鴨在1～3日齡時(shí)適宜溫度為31～33℃，4～6日齡時(shí)適宜溫度為29～31℃，從第1周后，每周下降2～3℃，成熟的鴨苗最佳的環(huán)境溫度為18～23℃［3］。王陽等研究表明，蛋雞舍內(nèi)CO2濃度應(yīng)維持在5000mL/m3以上［4］；Liang等研究表明，育成期禽舍內(nèi)NH3濃度應(yīng)不高于10～15mg/m3［5］。而吳勝等研究表明，良好的通風(fēng)與均勻的氣流組織能有效降低室內(nèi)污染物濃度，維持室內(nèi)適宜的溫濕度［6］。因此，合理的通風(fēng)策略和鴨舍結(jié)構(gòu)規(guī)劃是肉鴨良好品質(zhì)的重要保障。

計(jì)算流體力學(xué)（ComputationalFluidDynamics，CFD），是通過軟件建立模型并求解的方式對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行模擬，這種方法無需花費(fèi)大量的金錢、勞動(dòng)成本和時(shí)間就能獲得流場(chǎng)數(shù)據(jù)，因而在進(jìn)行禽類養(yǎng)殖舍環(huán)境研究時(shí)被廣泛應(yīng)用。李建國(guó)等采用CFD對(duì)層疊式籠養(yǎng)肉鴨舍進(jìn)行模擬，且驗(yàn)證了模擬結(jié)果與實(shí)際相符，并通過改變通風(fēng)小窗的位置使室內(nèi)氣流更均勻［7］。程瓊儀等通過CFD方法模擬了縱向通風(fēng)層疊雞舍進(jìn)風(fēng)口內(nèi)側(cè)加設(shè)和不加設(shè)導(dǎo)流板2種情況，模擬結(jié)果驗(yàn)證表明當(dāng)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置導(dǎo)流板時(shí)，在進(jìn)風(fēng)口附近的籠內(nèi)氣流組織更加均勻［8］。LonghuanDu等采用CFD對(duì)雞舍進(jìn)風(fēng)口位置進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的均勻性可防止過多的局部對(duì)流熱損失，降低房屋末端溫度［9］。Duan等使用CFD方法建立兔舍有限元模型，設(shè)置邊界條件，模擬兔舍內(nèi)氣流分布［10］。對(duì)禽舍現(xiàn)有通風(fēng)措施的合理性及其自身利弊進(jìn)行分析，為低氣溫條件下個(gè)體或村社的一般規(guī)模家兔養(yǎng)殖舍內(nèi)通風(fēng)提供了理論依據(jù)。Yeo等采用CFD模擬了不同進(jìn)出風(fēng)口條件下的豬舍環(huán)境，發(fā)現(xiàn)在豬舍進(jìn)風(fēng)口處增加一個(gè)氣流緩沖空間，能在保溫的同時(shí)很好地維持空氣溫度分布的均勻性［11］。Tomasell等利用CFD模擬了夏季工況下牛棚的氣流組織，驗(yàn)證了模型的可靠性［12］。

本研究以江蘇省南京市溧水區(qū)某養(yǎng)殖場(chǎng)的一座發(fā)酵床網(wǎng)上養(yǎng)殖肉鴨舍為研究對(duì)象，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和CFD模擬的方法對(duì)采用風(fēng)機(jī)加通風(fēng)小窗通風(fēng)模式的鴨舍進(jìn)行氣流和溫濕度分析，試圖找出這種結(jié)構(gòu)的鴨舍在初春最佳的通風(fēng)模式，使室內(nèi)氣流組織更加均勻，空氣質(zhì)量達(dá)適宜肉鴨健康生長(zhǎng)的水平，為相近地區(qū)的發(fā)酵床網(wǎng)上養(yǎng)殖模式的鴨舍改善舍內(nèi)環(huán)境提供一些參考的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)鴨舍

本研究的試驗(yàn)鴨舍位于江蘇省南京市溧水區(qū)某肉鴨養(yǎng)殖場(chǎng)（31°67′N，119°02′E）。鴨舍示意圖見圖1。由圖1可知，長(zhǎng)78.00m，寬16.00m，頂高4.56m。屋面鋪設(shè)彩鋼屋面瓦，瓦下鋪設(shè)50mm厚的巖棉保溫板，板上做了錫箔防潮貼面并用1mm套塑鋼絲網(wǎng)固定。墻體砌筑材料為50mm厚彩鋼巖棉夾心墻板。鴨舍南北兩側(cè)各開有若干通風(fēng)小窗（0.4m×0.6m），3個(gè)1組均勻分布在墻體上部，通過鴨舍北側(cè)前后各一的卷簾門（2.5m×2.0m）進(jìn)入鴨舍內(nèi)部。鴨舍的東墻均勻布置4個(gè)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)葉輪直徑為1.4m，理論通風(fēng)量為46000m3/h。西墻上安裝3行4列12個(gè)濕簾（0.715m×2.190m）。鴨舍采用機(jī)械通風(fēng)方式，由風(fēng)機(jī)和濕簾共同進(jìn)風(fēng)，南北兩側(cè)通風(fēng)小窗排風(fēng)。鴨舍內(nèi)設(shè)有長(zhǎng)70m寬約15m的塑料網(wǎng)床，網(wǎng)床離地1.7m，由72m長(zhǎng)的工字梁支撐。發(fā)酵床上鋪有尼龍網(wǎng)限定鴨的生活區(qū)域，并設(shè)有送料管和飼喂裝置。地面鋪設(shè)生物墊料，由翻耙機(jī)定期進(jìn)行翻耙操作。

1.2試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)于同一鴨舍飼養(yǎng)的同一批次肉鴨育肥后期（30～36日齡）進(jìn)行，具體時(shí)間為2022年3月18日00：00至2022年3月25日00：00，測(cè)試期為初春季節(jié)，鴨舍內(nèi)西側(cè)墻上的濕簾未開啟，東側(cè)墻有2個(gè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，通風(fēng)小窗均處于打開狀態(tài)，卷簾門處于關(guān)閉狀態(tài)。將肉鴨舍平分為3個(gè)平面S1、S2和S3。其中，S1為網(wǎng)床上料線管位置（距離網(wǎng)床2m），S2為網(wǎng)床平面，S3為肉鴨活動(dòng)面（距離網(wǎng)床0.4m）；同時(shí)在每一平面的相同位置設(shè)置溫度測(cè)試點(diǎn)，肉鴨鴨舍中間位置東西方向上均勻分布5個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)，在鴨舍中間位置的南北方向上均勻分布3個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)7個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置，由圖1-a可知。同時(shí)，在鴨舍南北均勻分布3條線，東西方向均勻分布5條線，在2條線的所有交叉點(diǎn)作為風(fēng)速的檢測(cè)點(diǎn)。選擇了OnsetComputer公司的HOBOUX100-011溫濕度傳感器進(jìn)行溫度和相對(duì)濕度的測(cè)量，溫度測(cè)量范圍為-20～70℃，精度為±0.2℃，在25℃，相對(duì)濕度測(cè)量范圍在15%～95%，精度為±（2.5%～3.5%），分辨率0.05%～0.07%。設(shè)置傳感器每15min自動(dòng)記錄1次數(shù)據(jù)。風(fēng)速測(cè)量采用瑞典SWEMA公司的手持式SwemaAir5熱線風(fēng)速儀，測(cè)量范圍0.1～12.0m/s，測(cè)量精度為±（0.04m/s±3%讀數(shù)值），分辨率0.1m/s。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用MicrosoftExcel整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用IBMSPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性分析，采用Origin進(jìn)行圖表繪制。

2結(jié)果與分析

2.1養(yǎng)鴨舍內(nèi)外溫濕度分析

供試?guó)喩釣椴煌腹馊忾]式飼養(yǎng)，室內(nèi)采光依靠人工光源，幾乎無法受到太陽直射，故本試驗(yàn)忽略太陽輻射照度對(duì)鴨舍內(nèi)部的影響。

由圖2可知連續(xù)7d舍內(nèi)外空氣溫度和相對(duì)濕度的日變化。因舍內(nèi)溫濕度采集點(diǎn)有21處，測(cè)試數(shù)據(jù)較多，故采用平均數(shù)作圖。由圖2-a可知，連續(xù)7d舍外最低氣溫4.56℃，最高氣溫20.98℃，平均氣溫8.86℃；舍內(nèi)最低氣溫9.34℃，最高氣溫23.77℃，平均氣溫15.61℃；舍內(nèi)外平均溫差6.75℃，最大溫差達(dá)11.73℃，表明此鴨舍有較強(qiáng)隔絕內(nèi)外熱交換的能力。由于測(cè)試期處于初春時(shí)節(jié)，且鴨苗處于育成期，天氣回暖鴨舍內(nèi)溫度已達(dá)到前言所述的適宜溫度（18～23℃）。

由圖2-b可知，連續(xù)7d舍外空氣相對(duì)濕度52.38%～99.10%，平均相對(duì)濕度86.80%；舍內(nèi)空氣相對(duì)濕度53.65%～93.45%，平均相對(duì)濕度80.66%。鴨舍內(nèi)外的相對(duì)空氣濕度曲線并無太大差異，鴨舍內(nèi)部相對(duì)濕度波動(dòng)相較于舍外更加穩(wěn)定，因此更有利于肉鴨的生長(zhǎng)，因?yàn)闇p少了它們應(yīng)激的可能性。

孫培新的研究表明，在20℃的舍溫下60%的相對(duì)濕度比80%更適宜肉鴨生長(zhǎng)［13］。在本次試驗(yàn)中，鴨舍內(nèi)相對(duì)濕度在3月19日和3月25日全天均相對(duì)較高，維持在80%以上，Shen等研究表明，80%以上的高濕環(huán)境容易導(dǎo)致禽類應(yīng)激［14］，而在本試驗(yàn)中舍內(nèi)幾乎所有的高濕環(huán)境均由于外部相對(duì)濕度較大引起。

2.2養(yǎng)鴨舍內(nèi)不同平面空間的溫度分析

現(xiàn)以布置在同一平面的傳感器為分組標(biāo)準(zhǔn)將鴨舍內(nèi)部分為S1、S2、S33個(gè)平面。將3個(gè)平面的傳感器數(shù)據(jù)取平均值并作圖，由圖3可知，連續(xù)7dS1、S2、S3平面的平均溫度分別為15.70、15.13、15.78℃，平均最大溫度24.63℃。

此外，S1和S3的溫度在7d內(nèi)的差異皆不顯著，而在3、6、7d的13：00～17：00，S2平面的溫度皆顯著低于S1、S3平面（P<0.05）。

3CFD模擬

3.1控制方程

CFD的工作流程是在建立了數(shù)學(xué)模型，確定離散化方法后再對(duì)劃分好的物理模型網(wǎng)格進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算［15］。流場(chǎng)中的氣流遵循守恒定律，主要包括質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律，如果有多種類型的流體相互作用，系統(tǒng)還要遵守組分守恒定律。本研究模型只將空氣列為研究對(duì)象，故忽略

其中，x、y、z是空間坐標(biāo)系中3個(gè)坐標(biāo)軸；υ、ν、ω是速度矢量在x、y、z3個(gè)方向上的分量，m/s；p為流體微元的壓力，Pa；ν為空氣運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；ρ為空氣密度，kg/m2。

3.2建立模型

使用Solidworks軟件對(duì)鴨舍進(jìn)行1∶1等尺寸3D模型的構(gòu)建，由于濕簾不開啟，為計(jì)算方便且節(jié)省時(shí)間，故將其作壁面處理，同時(shí)簡(jiǎn)化立柱、橫梁和送料管等對(duì)氣流影響較小的結(jié)構(gòu)。鴨舍的整體模型見圖4。

同時(shí)，由于舍內(nèi)肉鴨數(shù)量眾多，無法忽略其自身發(fā)熱對(duì)舍內(nèi)溫度場(chǎng)的影響，董宗耀等在模擬階梯籠式雞舍進(jìn)風(fēng)情況時(shí)忽略了腿部、尾部和雞冠部分，僅對(duì)雞身部分進(jìn)行建模［16］。林勇等在模擬層疊籠式鴨舍的通風(fēng)情況時(shí)，將鴨和鴨籠及其下的鴨糞傳送層做整體化處理［17］。由于發(fā)酵床式鴨舍中鴨是在半開放的網(wǎng)床上生活，故采用對(duì)鴨單獨(dú)建模的方法。根據(jù)鄧書輝等對(duì)牛的建模方法［18］對(duì)鴨簡(jiǎn)化模型（圖5）。

3.3網(wǎng)格劃分與邊界條件

為簡(jiǎn)化計(jì)算，使用ICEM來畫模型的網(wǎng)格。選擇非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，加密格柵及鴨外表面的網(wǎng)格質(zhì)量，整體模型的網(wǎng)格單元總數(shù)達(dá)1023萬，網(wǎng)格單元類型為四面體網(wǎng)格。對(duì)鴨子、網(wǎng)床、氣流出入口的網(wǎng)格加密，加密尺寸為15mm。鴨舍模型網(wǎng)格見圖6。

湍流計(jì)算選擇κ-ε方法下的Realizable模型，壓力與速度選擇SIMPLEC算法耦合，壓力選擇了PRESTO！模型求解。氣流入口為風(fēng)機(jī)，采用速度型入口，風(fēng)速為5m/s，溫度290K。出口為兩側(cè)外墻上的小窗，采用壓力出口，相對(duì)壓力大小為0，鴨棚外壁面設(shè)置為恒溫靜止無滑移壁面，溫度大小為300K。鴨子外表面設(shè)置為恒溫靜止無滑移壁面，溫度大小為315K，計(jì)算采用穩(wěn)態(tài)進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過1000次迭代計(jì)算。各物理量達(dá)到收斂狀態(tài)。

3.4模擬結(jié)果驗(yàn)證與分析

為驗(yàn)證本研究所建立的仿真模型和選擇的模擬方法是否正確，提取仿真結(jié)果中S1、S2、S3的溫度場(chǎng)與氣流場(chǎng)與試驗(yàn)所測(cè)得的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，選取2022年3月23日16：30這一時(shí)刻的模擬結(jié)果（圖7）。

在仿真結(jié)果中提取與傳感器同一位置的數(shù)據(jù)結(jié)果與同時(shí)段的傳感器數(shù)值比較發(fā)現(xiàn)，仿真結(jié)果與傳感器實(shí)測(cè)值基本吻合（圖8）。經(jīng)過取S1、S2、S3平面上所有測(cè)點(diǎn)的平均值進(jìn)行仿真值和實(shí)測(cè)值的誤差計(jì)算可得到3個(gè)平面模擬的準(zhǔn)確度平均相對(duì)誤差分別為4.07%、3.92%、3.58%，說明模擬仿真的誤差較小，模擬出來的鴨舍內(nèi)氣流溫度場(chǎng)與實(shí)際情況誤差較小，與實(shí)際相符。

由圖7-c可知，在鴨生活的平面上，由于鴨舍長(zhǎng)度較長(zhǎng)，鴨舍后部的氣溫普遍高于前部，氣流從入口進(jìn)入后開始衰減，所帶來的溫降甚至未達(dá)到鴨舍中間部分就從13℃升至17℃，其次由于鴨舍較長(zhǎng)，2臺(tái)風(fēng)機(jī)距離較近導(dǎo)致了進(jìn)風(fēng)后氣流的擴(kuò)散性不佳，而中后部?jī)H有小窗的開啟為一小塊區(qū)域提供了微小的溫降。圖7-b也說明了相同情況，鴨舍靠近進(jìn)風(fēng)口位置的部分溫度較后半部分要小得多，由于圖7-b是網(wǎng)床平面S2的情況，鴨子本身產(chǎn)生體熱，所以普遍溫度均比圖7-c高一些。圖7-a中S1平面是在鴨舍中間的料管平面，由于S1平面已經(jīng)高于進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)的高度，所以進(jìn)風(fēng)處的溫度就已經(jīng)達(dá)到了15℃。由圖7-d可知，在鴨生活的平面上，由于僅有單側(cè)進(jìn)風(fēng)，且鴨舍長(zhǎng)度較長(zhǎng)，鴨舍后部氣流幾乎沒有流動(dòng)性，氣流從入口進(jìn)入后開始衰減，還未到達(dá)中部就降到了0.6m/s以下。在這種情況下，鴨舍內(nèi)產(chǎn)生的CO2和NH3等污染性氣體很難排出，為得到更好的生活環(huán)境，鴨會(huì)自發(fā)地向鴨舍空氣流動(dòng)性好的地方聚集，而一旦造成聚集，則必然會(huì)降低氣流在右前方的流動(dòng)性，這樣一來，舍內(nèi)僅有的氣流流動(dòng)性好的區(qū)域也被破壞。

3.6氣流組織優(yōu)化

由于原模型兩側(cè)的通風(fēng)小窗對(duì)稱布置，因此會(huì)導(dǎo)致鴨舍內(nèi)各部分的氣流對(duì)沖而產(chǎn)生氣流指標(biāo)紊亂，鴨舍左右兩側(cè)氣流均僅在出口處受壓力產(chǎn)生流動(dòng)性，但這樣的壓力不足以使氣流向全域擴(kuò)散。而78m長(zhǎng)的鴨舍僅在一側(cè)用風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)，是無法使氣流在其速度衰減至幾乎不計(jì)前擴(kuò)散至鴨舍后部的，除非使用超大功率風(fēng)機(jī)，但超大功率風(fēng)機(jī)不僅費(fèi)電，成本增加，且產(chǎn)生噪聲會(huì)使鴨產(chǎn)生應(yīng)激，影響鴨健康生長(zhǎng)。同時(shí)，如此長(zhǎng)的鴨舍依靠南北兩側(cè)的每側(cè)通風(fēng)小窗出風(fēng)也有些捉襟見肘，由圖7-d可知，鴨舍后部南北兩側(cè)除通風(fēng)小窗的位置附近均是氣流低速區(qū)域，流速低至0.1m/s。因此，為讓鴨舍內(nèi)的氣流組織更加均勻，使鴨能在更加適宜的環(huán)境下生長(zhǎng)，使鴨舍內(nèi)的溫度更加適宜，在對(duì)原來的鴨舍模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)后利用FLUENT再次進(jìn)行了仿真，對(duì)鴨舍前部單側(cè)通風(fēng)模式進(jìn)行優(yōu)化，增加后部的通風(fēng)面積30%，且將入口速度調(diào)整為3.5m/s。左右兩側(cè)的通風(fēng)小窗從中間向兩邊以面積重疊60%對(duì)稱布置。

優(yōu)化后S1、S2、S3的溫度場(chǎng)和氣流場(chǎng)見圖9。由圖9-a可知，優(yōu)化后的S1平面，即鴨生活區(qū)域的上方，整體溫度均維持在14～24℃，符合引言部分所述。而大多數(shù)生活區(qū)域溫度均維持在15.6～17.6℃之間，為鴨提供了適宜的溫度保障。由圖9-b可知，在鴨腳底下的網(wǎng)床平面，由于處于進(jìn)風(fēng)平面內(nèi)，前后部溫度在12～14℃之間，且中間的區(qū)域有1/2處于14～18℃之間，提示由地面生物墊料所散發(fā)的熱量上升至網(wǎng)床平面時(shí)，經(jīng)換熱，這些低溫會(huì)被中和，直到鴨生活平面S3平面（圖9-c），溫度整體升高至18～22℃，是一個(gè)適宜鴨生長(zhǎng)的溫度?？傮w上來說，優(yōu)化后的通風(fēng)策略為鴨舍帶來了更適宜的溫度環(huán)境。

將修改通風(fēng)策略后的氣流場(chǎng)模擬結(jié)果與原氣流場(chǎng)比照，由圖9-d可知，優(yōu)化后鴨舍后部氣流流速明顯增加，且鴨舍左右兩側(cè)的氣流流動(dòng)性也大大加強(qiáng)，整個(gè)鴨舍的中后部氣流速度<0.4m/s的區(qū)域較優(yōu)化前減少了1/2以上。在鴨生活平面，風(fēng)速達(dá)0.6m/s區(qū)域也比優(yōu)化前增加了2/3左右。這樣風(fēng)速在合理范圍內(nèi)的提高加快了舍內(nèi)污染物排除，提高與新鮮空氣交換的速率，從而提高了舍內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。但除開鴨舍四角的非生活區(qū)域外，舍內(nèi)中間靠右后方仍有一部分空間的空氣流動(dòng)<0.4m/s，由于鴨舍過長(zhǎng)縱向的長(zhǎng)度，若繼續(xù)增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，則必定犧牲舍內(nèi)溫度，從而無法達(dá)到較好溫度效果。

為對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的鴨舍內(nèi)部氣流場(chǎng)均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)，引入氣流不均勻性系數(shù)

式中：vh為高度為h平面上的平均氣流速度，m/s；vi為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)氣流速度，m/s；n為測(cè)點(diǎn)數(shù)；Ih為高度為h平面上的氣流不均勻性系數(shù)，Ih值越小，氣流分布的均勻性越好。

由以上數(shù)據(jù)計(jì)算得到原結(jié)構(gòu)下鴨舍的S1、S2、S3平面的溫度不均勻系數(shù)分別為0.09、0.04、0.05，均勻性良好。但鴨生活平面氣流速度不均勻性系數(shù)為1.28；優(yōu)化后鴨生活平面的氣流不均勻性系數(shù)為0.19，氣流均勻性較優(yōu)化前的氣流均勻性提升了85%。

4討論

本研究對(duì)如何提高鴨舍內(nèi)空氣質(zhì)量和提供適宜的溫度進(jìn)行了研究，通過改變通風(fēng)策略來改變鴨舍內(nèi)環(huán)境。通過計(jì)算可知舍內(nèi)氣流風(fēng)速和溫度的不均勻系數(shù)降低至0.2以下，達(dá)較好的通風(fēng)預(yù)期目標(biāo)。

但由于鴨舍過長(zhǎng)這本身的客觀因素限制，舍內(nèi)仍有一些區(qū)域的氣流速度低于0.2m/s，在兼顧鴨舍適宜溫度的前提下，后期可考慮在舍內(nèi)增加導(dǎo)風(fēng)裝置引導(dǎo)氣流向低速區(qū)域流動(dòng)，這樣增加室內(nèi)流動(dòng)性的方法在很多建筑案例中均有應(yīng)用。姚家君等通過在鵝舍的主梁下安裝卷膜來做氣流導(dǎo)向，有效提高鵝的活動(dòng)區(qū)域氣流的均勻性和氣流速度［19］。He等發(fā)現(xiàn)，增加氣孔是幫助室內(nèi)溫度均勻分布的關(guān)鍵因素［20］。但在本研究中，迫于成本與舍內(nèi)結(jié)構(gòu)等因素，并未考慮增加導(dǎo)流裝置，后續(xù)將展開相關(guān)研究。

5結(jié)論

本研究測(cè)試了發(fā)酵床網(wǎng)上養(yǎng)殖肉鴨舍初春季節(jié)環(huán)境參數(shù)變化，構(gòu)建了鴨舍的CFD模型，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步優(yōu)化鴨舍的氣流組織，使用增開通風(fēng)風(fēng)機(jī)，小窗部分對(duì)稱布置的方式來優(yōu)化鴨舍內(nèi)的氣流，提高了鴨舍內(nèi)氣流組織的均勻性和肉鴨的生活質(zhì)量，并將鴨生活區(qū)域的溫度控制在合理范圍內(nèi)。

（1）測(cè)試期間，鴨舍內(nèi)氣溫9.34～23.77℃，舍內(nèi)外平均溫差6.75℃，在春季氣溫逐漸升高，供試?guó)喩岜３至溯^好的溫濕度性能；舍內(nèi)平均空氣相對(duì)濕度80.66%，低于舍外，鴨舍內(nèi)部相對(duì)濕度波動(dòng)相較于舍外更加穩(wěn)定，保持干燥的同時(shí)減少了細(xì)菌等微生物的孳生，有利于肉鴨的健康生長(zhǎng)。

（2）為提高模擬的準(zhǔn)確性，對(duì)溫度和風(fēng)速進(jìn)行了模擬仿真，并提取仿真結(jié)果中S1、S2、S3的溫度場(chǎng)與氣流場(chǎng)與試驗(yàn)所測(cè)得的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，平均相對(duì)誤差為3.58%～4.07%。此相對(duì)誤差的數(shù)值不大，模擬仿真值在很大程度上比較準(zhǔn)確地反映了試驗(yàn)過程中鴨舍內(nèi)氣流速度的變化趨勢(shì)，說明本研究所采用的模擬方法能經(jīng)得住實(shí)際檢驗(yàn)，為后續(xù)鴨舍內(nèi)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真研究提供了有力保證。

（3）模擬發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后模型的S1、S2、S3溫度范圍分別為12.87～28.03℃、10.13～27.16℃、12.98～24.41℃。優(yōu)化后模型S1、S2、S3的平均風(fēng)速分別為0.62、0.66、0.56m/s，且較原模型更加均勻。

本研究建立了發(fā)酵床網(wǎng)上養(yǎng)殖肉鴨舍的三維模型，可為今后類似鴨舍的通風(fēng)方式及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持和參考依據(jù)。

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