喷淋装置对南方地区自然通风奶牛舍热环境改善效果的数值模拟研究

摘要

本研究针对我国南方地区夏季自然通风牛舍内奶牛热应激严重的问题，利用现场实测和计算流体动力学（CFD）的研究方法，对南方地区某自然通风奶牛舍3种不同外界风向、风速、温度和湿度条件下，加入喷淋装置前后，舍内的风速场、THI场进行对比分析。结果表明：1）温度场各个测点的相对误差范围为0.04%～1.36%，平均相对误差0.43%。相对湿度场各个测点的相对误差范围为0～7.43%，平均相对误差2.22%。剔除异常值后，气流场各个测点的相对误差范围为0.05%～83.68%，平均相对误差38.44%。2）数值模拟表明，高风速区主要集中在饲喂走道、牛舍边缘部分，风速为1.4～3.0 m/s，低风速区主要集中在牛舍东侧奶牛活动区域，将近一半奶牛身体附近风速低于0.4 m/s。不同风向对于牛舍边缘的影响程度不同，东北风与南风情况下牛舍东部出现高风速区，西北风情况下牛舍边缘气流场比较均匀。3）加入喷淋装置后，外界气候不同会导致喷淋造成的效果不同，当温湿度适中风速相对较小，喷淋装置的加入会使温湿度指数上升0.23，差异显著（P<0.05），加剧奶牛热应激；当风速较大，高温低湿时，喷淋装置的加入会使温湿度指数下降0.97，差异显著（P<0.05）；当风速较大低温高湿时，喷淋装置的加入会使温湿度指数下降0.19，差异不显著（P>0.05）。综上，本研究模拟了在3种不同外界环境下喷淋装置的加入对于牛舍热环境的改变和舍内奶牛热应激的改善情况，可为自然通风奶牛舍设计及舍内热环境调控提供依据。

关键词

CFD / 自然通风 / 奶牛舍 / 喷淋装置 / 温湿度指数