豬舍噴霧降溫系統(tǒng)氣流噴孔形式對流場影響的實驗分析

1、第14卷第2期1998年6月農(nóng)業(yè)工程學(xué)報TransactionsoftheCSAE.14No.2VolJun.1998豬舍噴霧降溫系統(tǒng)氣流噴孔形式對流場影響的實驗分析3劉平馬承偉(中國農(nóng)業(yè)大學(xué))()()摘要,而影響風(fēng)速。在相同的氣流出口流量的條件下,使用熱球式風(fēng)速儀、,在滿足,按照風(fēng)速分布盡量均勻的原則,對各種形式氣流噴孔的性能進行實驗分析,實驗結(jié)果表明對于該降溫系統(tǒng)環(huán)形旋流噴孔的性能最優(yōu),在設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用環(huán)形旋流氣流噴孔。關(guān)鍵詞豬舍氣流場蒸發(fā)降溫速度分布我國南方地區(qū)夏季的高溫高濕氣候?qū)s化養(yǎng)豬場的生產(chǎn)影響很大,特別是對于南方典型的開放型畜舍的夏季降溫問題,以前所采用的降溫措施均不能獲得滿

2、意的效果,為此筆者提出了局部環(huán)境射流控制噴霧蒸發(fā)降溫的新型降溫方式。1997年夏季在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)種豬場應(yīng)用該系統(tǒng)在妊娠舍進行了實際生產(chǎn)試驗,結(jié)果表明降溫效果比較滿意,該系統(tǒng)能夠滿足開放型豬舍的夏季降溫要求。該降溫系統(tǒng)采用送風(fēng)管道從舍外吸入新鮮空氣向豬欄定位輸送,采用合適的氣流噴孔將空氣噴射至控制區(qū)域,同時向氣流中噴入細霧滴,霧滴在隨氣流的運動過程中蒸發(fā)吸熱降低空氣的干球溫度,一部分霧滴粘在豬的體表在氣流的作用下蒸發(fā)直接帶走豬的體熱。該降溫系統(tǒng)的降溫效果在很大程度上取決于系統(tǒng)能否在所控區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個合理的氣流場。射流噴孔的形式對控制區(qū)域內(nèi)氣流場的氣流速度分布以及對霧滴在氣流場中的分布和絕熱蒸發(fā)降

3、溫過程都有很大的影響,為此首先要正確選擇噴孔形式,下面對具代表性的軸對稱射流(圓形噴孔射流、環(huán)狀射流、環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流)結(jié)合實驗結(jié)果進行分析對比,闡明各種不同類型的噴孔射流對控制區(qū)域氣流場的形成、控制范圍的大小以及氣流速度分布的影響,從而對各類氣流噴孔在本降溫系統(tǒng)中的適用性作出評價。1實驗方法概述模擬開放型豬舍實際情況,選擇了一開放場所進行氣流速度分布測定實驗,射流噴孔安收稿日期:19972112053“九五”國家重點科技攻關(guān)項目(962003204210)劉平,博士生,北京市海淀區(qū)清華東路中國農(nóng)業(yè)大學(xué)(東校區(qū))214信箱,100083第2期劉平等:豬舍噴霧降溫系統(tǒng)氣流噴孔形式對流場影響的實驗分析

4、183裝位置與所控制區(qū)域的相互位置關(guān)系如圖1所示?？刂茀^(qū)域中氣流測定范圍在X,Y,Z三坐標(biāo)軸方向分別為200cm,180cm,80cm。風(fēng)速測量使用熱球式風(fēng)速儀,測點布置是在X軸方向上分別取8個YOZ截面,在YOZ截面上布置測點。在每個所截取的YOZ截面的Y軸方向上設(shè)置了11個測點,在Z軸上按20cm距離等間距布置5個測量位置,這樣在每個YOZ截面上共有55個測量點(圖上網(wǎng)格結(jié)點即為測點位置)。F1ofexperimentareaandmeasuringpoints,分析對比其在實際生產(chǎn)過程中的適應(yīng)性。2所示,為了使3種實驗噴孔射流的實驗數(shù)據(jù)有可比性,在。對于圓形噴孔氣流出口速度uy0=6m

5、s,對于環(huán)形和環(huán)形uh0=8m 下面對3種噴s?？咨淞鞯目刂茀^(qū)域流場測量結(jié)果分別加以分析。2實驗結(jié)果分析根據(jù)家畜生理學(xué)研究結(jié)果表明,各種動物對過體風(fēng)速都有一定的要求,對于成年豬其適宜的過體風(fēng)速為0.250.6m s,在夏季炎熱條件下過體風(fēng)速可適當(dāng)增大但一般不超過1.5m 對控制區(qū)域s。氣流場總的要求,就是在滿足上面風(fēng)速要求的基礎(chǔ)上,氣流場內(nèi)氣流速度分布盡量均勻。圖2實驗用噴孔Fig.2Nozzlesforexperiment因為圓形、環(huán)形及環(huán)形旋流噴孔中心軸線與地面成一定角度安裝,所以各形式噴孔射流流動狀態(tài)分為兩段,在射流還未到達控制區(qū)域時,其速度分布按各形式自由射流速度變化規(guī)律變化,當(dāng)射流到

6、達地面進入控制區(qū)域后,射流速度分布已不按自由射流速度分布規(guī)律變化,它們各自在控制區(qū)域內(nèi)所形成的氣流場狀況由實驗給出。對應(yīng)于各形式的氣流噴孔,將8個測量截面上氣流速度分布的測量結(jié)果按Y坐標(biāo)軸位置給出,各種形式的氣流噴孔射流在控制區(qū)域內(nèi)所形成的氣流場氣流速度測量結(jié)果表示于表1中。表中的最高、最低氣流速度表示在每一個Y坐標(biāo)軸對應(yīng)位置處,所有測量截面上不同高度處的氣流速度中的最高、最低氣流速度值。表中平均氣流速度表示在Y坐標(biāo)軸對應(yīng)位置處,對所有測量截面及不同高度的氣流速度值進行總平均的結(jié)果。將測量區(qū)域中的a、環(huán)b截面上(如圖1所示)的速度值整理成曲線圖的形式,對于圓形、形和環(huán)形旋流氣流噴孔其相應(yīng)截面上

7、的氣流速度分布曲線如圖3、4和5所示,圖中標(biāo)示0、20、40、60、80曲線分別為各截面中距地面0、20、40、60、80cm高度處(沿Z坐標(biāo)軸,如圖1所示)沿Y軸方向的風(fēng)速分布曲線。1998年18農(nóng)業(yè)工程學(xué)報4表1各形式噴孔射流控制區(qū)域氣流速度分布Tab.1Airflowdistributionfordifferentjetsincontrolledspace位置Y cmm s-1最高0.600.650.851.001.401.581.301.00.7264最高0.420.480.801.221.381.1.300.820.480.40最高0.680.7.451.501.2

8、41.120.700.72最低0.240.270.320.340.360.400.26平均0.330.400.420.570.7030.400.32最低20.10平均50.670.660.640.460.270.20最低0.380.380.400.350.400.420.380.38平均0.55.560.690.780.730.770.660.600.550.5302040608090100120160180圖3圓形噴孔流場風(fēng)速分布曲線Fig.3Distri

9、butionofejectedair2velocityfromroundnozzle圖4環(huán)形噴孔流場風(fēng)速分布曲線Fig.4Distributionofejectedair2velocityfromcircularnozzle第2期劉平等:豬舍噴霧降溫系統(tǒng)氣流噴孔形式對流場影響的實驗分析185圖5Fig.5Distributionofairrevolvingnozzle按照豬的過體風(fēng)速6m s,在夏季降溫時為有效驅(qū)除豬的體熱,應(yīng)(低于0.2m s)時可認為對豬體散熱沒有作用,因1及圖3可知,圓形噴孔射流所形成的流場,這樣豬在中心域和靠近邊界的地方散熱程度相差較大。對環(huán),但控制區(qū)域邊界上風(fēng)速過低可

10、認為對豬體散熱沒有效果,因此該種氣流噴孔在與其它類型的噴孔直徑和安裝位置相同的情況下,其控制范圍相對較為狹窄,因此為了能夠保持相同的控制范圍要采用較大的噴孔直徑,并增加送風(fēng)量來擴大它的控制范圍。對于環(huán)形旋流噴孔射流所形成的流場特點,它兼具圓形噴孔射流控制范圍寬和環(huán)形噴孔射流一定范圍內(nèi)氣流速度分布均勻的特點,并且對局部環(huán)境射流控制噴霧蒸發(fā)降溫系統(tǒng)來說,由于旋轉(zhuǎn)氣流對霧滴與空氣的混合比較有利,與圓形和環(huán)形噴孔相比能夠提供更為均勻的霧滴分布,整個區(qū)域的降溫均勻性較好。因此對于該降溫系統(tǒng)的要求來說,環(huán)形旋流氣流噴孔性能最優(yōu),應(yīng)優(yōu)先采用該形式噴孔,從結(jié)構(gòu)方面來看圓形噴孔最簡單而環(huán)形旋流噴孔最為復(fù)雜,因此

11、從噴孔的加工制作和經(jīng)濟角度考慮,若降低性能要求可考慮采用圓形噴孔,所以綜合考慮各方面的情況對于局部環(huán)境射流控制噴霧蒸發(fā)降溫方式來說適用的噴孔形式應(yīng)當(dāng)為圓形噴孔和環(huán)形旋流噴孔。3結(jié)論根據(jù)上面的試驗分析結(jié)果,對氣流噴孔的選擇可得如下結(jié)論:1)環(huán)形噴孔性能最優(yōu),應(yīng)優(yōu)先選用,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,造價較高。2)圓形噴孔性能居中且結(jié)構(gòu)最簡單,造價低,也可考慮選用。3)環(huán)形噴孔性能較差,一般不予考慮。參考文獻1溫書齋.家畜的環(huán)境及控制.北京:農(nóng)業(yè)出版社,1981.17182劉平,馬承偉.適用于開放式豬舍的管道送風(fēng)霧化局部降溫系統(tǒng).畜牧與獸醫(yī),1997,29:88901998年18農(nóng)業(yè)工程學(xué)報6Analysisof

12、AirFlowDistributionControlledbyDifferentNozzlesforMistingCoolingSysteminLivestockHouses(ChinaAgriculturalUniversity,Beijing)(AgrometeorologyInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences)LiuPingMaChengweiDongHongminCuiYinan(ChinaAgriculturalUniversity)AbstractEvaporativemistingcoolingsystem,wwtrobee

13、nde2velopedforopenswinehousesinSouthChthdistributiongreatlyaffectstheefficiencyofevaporativephysiology.Variousjetshavedifferentairwhereisbeencooling.Theairflowdistributim2globeanemoscope.Inthecaseofrangeofairflowthatofp,experimentalanalysisonperformanceofvariouskindsofjetswouaccordingtotheprincipleofwell2distributedairflow.Theexperimentshowedtheperformance