基于CFD分析的夏季蛋鸡舍导流板倾角对负压通风系统性能影响研究

《Poultry Science》：The effect of air deflector angle on ventilation systems in laying hen houses during summer based on CFD analysis

本研究针对蛋鸡舍负压通风系统中导流板倾角调控机制不明确的问题，通过实验与数值模拟相结合的方法，系统探究了15°–90°倾角对通风效率及热环境的影响。研究发现60°–75°倾角可平衡通风需求与动物福利，并建立了质量流量预测模型，为优化畜禽舍通风设计提供了理论依据。

　　

随着集约化养殖模式的普及，蛋鸡舍的环境控制成为保障动物健康和生产效益的关键。负压通风作为主流的环控手段，其进风口导流板的倾角设置直接影响舍内气流组织与温度分布。然而，传统经验式调控缺乏量化依据，难以在夏季高温环境下实现精准通风。本研究通过计算流体力学（CFD）模拟与现场实测相结合，系统解析了导流板倾角（15°–90°）对蛋鸡舍通风性能的作用机制。

为揭示导流板倾角对通风效果的影响规律，研究团队构建了1:1蛋鸡舍三维模型，采用多面体网格划分技术，并引入多孔介质模型模拟鸡群对气流的阻碍作用。通过设置不同倾角工况，分析舍内速度场、温度场及压力场的分布特性。同时，利用无线传感器网络采集关键位点的温湿度、风速数据，验证仿真结果的可靠性。

关键方法

研究采用稳态压力基求解器与SIMPLE算法，通过Fluent软件模拟低流速不可压缩气流。鸡群活动区设为多孔介质热源，基于鸡体产热公式计算热负荷（总产热量THP=7m^0.75[4×10^–5(20–T)³+1]，显热产热量SHP=[0.8–1.85×10^–7(T+10)⁴]×THP）。边界条件依据红外热成像实测数据设定，通过网格独立性验证确定596万网格为最优计算规模。

气流路径调控机制

通过纵向截面速度矢量图（图7）发现，小倾角（15°–30°）时气流以高速射流形式穿透舍内，易在鸡群活动区形成局部强风；倾角增至45°–60°后，气流垂直分量增强，促进上下层空气混合；当倾角达75°–90°时，气流近乎垂直上升，导致前端涡流区扩大，通风死区增加。研究表明，倾角增大可降低进口风速（30°时入口1风速从15°的10.33 m/s降至5.74 m/s），但过大的倾角（>75°）会削弱气流横向扩散能力。

温度分布规律

温度云图（图15）显示，15°倾角下舍内温度场最均匀，鸡群活动区多数位于26–28℃适宜区间。随倾角增大，高温区（>30℃）向上层扩展，热分层现象加剧。60°倾角时上层温度超过30℃，而底层温度仍维持在26℃左右，垂直温差显著。通过温度区间体积占比分析（图13b），30°倾角下适宜温度区占比最高，通风热效率最优。

均匀性量化评价

基于面积加权均匀性指数（AU=1–∑|v_i–v?_A|·A_i/2v?_A∑A_i）发现，15°倾角时各高度层均匀性指数均高于0.8，而90°时降至0.76–0.79。相关性热图（图8）进一步证实风速与空气龄呈强负相关（R=–0.89），表明合理倾角可通过提升气流扰动降低污染物滞留。

理论模型构建

研究建立了导流板倾角与系统质量流量的数学关系模型。通过伯努利方程推导单导流板质量流量公式m_j=C_dA_θ√(2ρΔP_j)，结合风机线性性能曲线ΔP_ref=P_max–K_fV_total，构建以参考点压差为变量的控制方程。该模型预测值与实验数据相对误差<9.49%（图16），实现了通风量的快速预测。

研究结论与意义

本研究明确60°–75°为导流板最佳倾角范围，可在保证通风量的同时使鸡群活动区风速集中于0.5–2.0 m/s舒适区间。所建理论模型突破了传统CFD模拟的高成本局限，为智能化通风调控提供了核心算法支持。成果发表于《Poultry Science》，为大型畜禽舍通风系统优化设计奠定了方法论基础。