猪舍喷雾降温系统气流喷孔形式对流场影响的实验分析

1、第14卷第2期1998年6月农业工程学报TransactionsoftheCSAE.14No.2VolJun.1998猪舍喷雾降温系统气流喷孔形式对流场影响的实验分析3刘平马承伟(中国农业大学)()()摘要,而影响风速。在相同的气流出口流量的条件下,使用热球式风速仪、,在满足,按照风速分布尽量均匀的原则,对各种形式气流喷孔的性能进行实验分析,实验结果表明对于该降温系统环形旋流喷孔的性能最优,在设计时应优先选用环形旋流气流喷孔。关键词猪舍气流场蒸发降温速度分布我国南方地区夏季的高温高湿气候对集约化养猪场的生产影响很大,特别是对于南方典型的开放型畜舍的夏季降温问题,以前所采用的降温措施均不能获得满

2、意的效果,为此笔者提出了局部环境射流控制喷雾蒸发降温的新型降温方式。1997年夏季在华中农业大学种猪场应用该系统在妊娠舍进行了实际生产试验,结果表明降温效果比较满意,该系统能够满足开放型猪舍的夏季降温要求。该降温系统采用送风管道从舍外吸入新鲜空气向猪栏定位输送,采用合适的气流喷孔将空气喷射至控制区域,同时向气流中喷入细雾滴,雾滴在随气流的运动过程中蒸发吸热降低空气的干球温度,一部分雾滴粘在猪的体表在气流的作用下蒸发直接带走猪的体热。该降温系统的降温效果在很大程度上取决于系统能否在所控区域内产生一个合理的气流场。射流喷孔的形式对控制区域内气流场的气流速度分布以及对雾滴在气流场中的分布和绝热蒸发降

3、温过程都有很大的影响,为此首先要正确选择喷孔形式,下面对具代表性的轴对称射流(圆形喷孔射流、环状射流、环形旋转射流)结合实验结果进行分析对比,阐明各种不同类型的喷孔射流对控制区域气流场的形成、控制范围的大小以及气流速度分布的影响,从而对各类气流喷孔在本降温系统中的适用性作出评价。1实验方法概述模拟开放型猪舍实际情况,选择了一开放场所进行气流速度分布测定实验,射流喷孔安收稿日期:19972112053“九五”国家重点科技攻关项目(962003204210)刘平,博士生,北京市海淀区清华东路中国农业大学(东校区)214信箱,100083第2期刘平等:猪舍喷雾降温系统气流喷孔形式对流场影响的实验分析

4、183装位置与所控制区域的相互位置关系如图1所示。控制区域中气流测定范围在X,Y,Z三坐标轴方向分别为200cm,180cm,80cm。风速测量使用热球式风速仪,测点布置是在X轴方向上分别取8个YOZ截面,在YOZ截面上布置测点。在每个所截取的YOZ截面的Y轴方向上设置了11个测点,在Z轴上按20cm距离等间距布置5个测量位置,这样在每个YOZ截面上共有55个测量点(图上网格结点即为测点位置)。F1ofexperimentareaandmeasuringpoints,分析对比其在实际生产过程中的适应性。2所示,为了使3种实验喷孔射流的实验数据有可比性,在。对于圆形喷孔气流出口速度uy0=6m

5、s,对于环形和环形uh0=8m 下面对3种喷s。孔射流的控制区域流场测量结果分别加以分析。2实验结果分析根据家畜生理学研究结果表明,各种动物对过体风速都有一定的要求,对于成年猪其适宜的过体风速为0.250.6m s,在夏季炎热条件下过体风速可适当增大但一般不超过1.5m 对控制区域s。气流场总的要求,就是在满足上面风速要求的基础上,气流场内气流速度分布尽量均匀。图2实验用喷孔Fig.2Nozzlesforexperiment因为圆形、环形及环形旋流喷孔中心轴线与地面成一定角度安装,所以各形式喷孔射流流动状态分为两段,在射流还未到达控制区域时,其速度分布按各形式自由射流速度变化规律变化,当射流到

6、达地面进入控制区域后,射流速度分布已不按自由射流速度分布规律变化,它们各自在控制区域内所形成的气流场状况由实验给出。对应于各形式的气流喷孔,将8个测量截面上气流速度分布的测量结果按Y坐标轴位置给出,各种形式的气流喷孔射流在控制区域内所形成的气流场气流速度测量结果表示于表1中。表中的最高、最低气流速度表示在每一个Y坐标轴对应位置处,所有测量截面上不同高度处的气流速度中的最高、最低气流速度值。表中平均气流速度表示在Y坐标轴对应位置处,对所有测量截面及不同高度的气流速度值进行总平均的结果。将测量区域中的a、环b截面上(如图1所示)的速度值整理成曲线图的形式,对于圆形、形和环形旋流气流喷孔其相应截面上

7、的气流速度分布曲线如图3、4和5所示,图中标示0、20、40、60、80曲线分别为各截面中距地面0、20、40、60、80cm高度处(沿Z坐标轴,如图1所示)沿Y轴方向的风速分布曲线。1998年18农业工程学报4表1各形式喷孔射流控制区域气流速度分布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图3圆形喷孔流场风速分布曲线Fig.3Distri

9、butionofejectedair2velocityfromroundnozzle图4环形喷孔流场风速分布曲线Fig.4Distributionofejectedair2velocityfromcircularnozzle第2期刘平等:猪舍喷雾降温系统气流喷孔形式对流场影响的实验分析185图5Fig.5Distributionofairrevolvingnozzle按照猪的过体风速6m s,在夏季降温时为有效驱除猪的体热,应(低于0.2m s)时可认为对猪体散热没有作用,因1及图3可知,圆形喷孔射流所形成的流场,这样猪在中心域和靠近边界的地方散热程度相差较大。对环,但控制区域边界上风速过低可

10、认为对猪体散热没有效果,因此该种气流喷孔在与其它类型的喷孔直径和安装位置相同的情况下,其控制范围相对较为狭窄,因此为了能够保持相同的控制范围要采用较大的喷孔直径,并增加送风量来扩大它的控制范围。对于环形旋流喷孔射流所形成的流场特点,它兼具圆形喷孔射流控制范围宽和环形喷孔射流一定范围内气流速度分布均匀的特点,并且对局部环境射流控制喷雾蒸发降温系统来说,由于旋转气流对雾滴与空气的混合比较有利,与圆形和环形喷孔相比能够提供更为均匀的雾滴分布,整个区域的降温均匀性较好。因此对于该降温系统的要求来说,环形旋流气流喷孔性能最优,应优先采用该形式喷孔,从结构方面来看圆形喷孔最简单而环形旋流喷孔最为复杂,因此

11、从喷孔的加工制作和经济角度考虑,若降低性能要求可考虑采用圆形喷孔,所以综合考虑各方面的情况对于局部环境射流控制喷雾蒸发降温方式来说适用的喷孔形式应当为圆形喷孔和环形旋流喷孔。3结论根据上面的试验分析结果,对气流喷孔的选择可得如下结论:1)环形喷孔性能最优,应优先选用,但结构较复杂,造价较高。2)圆形喷孔性能居中且结构最简单,造价低,也可考虑选用。3)环形喷孔性能较差,一般不予考虑。参考文献1温书斋.家畜的环境及控制.北京:农业出版社,1981.17182刘平,马承伟.适用于开放式猪舍的管道送风雾化局部降温系统.畜牧与兽医,1997,29:88901998年18农业工程学报6Analysisof

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

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