CN113207701B - 适用于平层养殖的异形通风井结构及改进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及畜牧养殖技术领域，具体涉及一种适用于平层养殖的异形通风井结构及改进方法，包括设置于养殖主体吊顶上部的若干个风机；若干个风机分别以风机中心为中心点设置有多个同心不同高度的矩形吊顶，区域1的吊顶与风机底部等高，区域i的吊顶高度根据风机总风量、区域1的吊顶高度、各个区域进风窗数量、风机以及各个区域的尺寸运用流体动力学计算得出。本发明通过改变不同区域吊顶高度，确定各区域动压阻力，从而达到平衡不同进风窗之间的风量差，达到均匀送风的目的；构造简单，成本低，在原有风井基础上进行改进施工即可，不破坏整体的建筑结构，维修及维护方便。

Description

适用于平层养殖的异形通风井结构及改进方法
技术领域
本发明涉及畜牧养殖技术领域，具体涉及一种适用于平层养殖的异形通风井结构及改进方法。
背景技术
目前平层养殖依旧是养殖行业的主流模式，平层养殖在通风设计上存在多种通风模式，通过吊顶与进风窗相结合进行送风最为常见，而无论采用哪种通风模式，都会存在一个不可忽视的问题：进风窗与风机的距离越近，进风窗的风量就会越大；距离越远，进风窗的风量就会越小。这会导致在实际生产过程中，靠近风机的区域风速过大，养殖禽类容易被吹病，而远离风机的区域风速过小，夏季不能有效通风，冬季不能有效提供呼吸量。
现阶段最常用的解决办法是使用小型风机分散布置，这样可以缩短每一个进风窗与风机的距离，从而降低不同进风窗之间的风量差，而这种方法仍然存在距离风机越近送风量越大，距离风机越远送风量越小，送风不均匀的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种新的适用于平层养殖的异形通风井结构及改进方法。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
一种适用于平层养殖的异形通风井结构，包括养殖场主体设有的异形吊顶以及设置于吊顶上部的若干个风机；
若干个风机分别以风机中心为中心点设置有多个同心不同高度的矩形吊顶，按从内向外依次编号为区域1,2，…,n，i为2～n中任意数；
各个区域的吊顶上分别设置有若干个进风窗，区域1的吊顶与风机底部等高；
区域i的吊顶高度根据风机总风量、区域1的吊顶高度、各个区域进风窗数量、风机以及各个区域的尺寸运用流体动力学计算得出。
进一步地，依据式(1)确定区域i的吊顶高度：
Figure GDA0003649631190000021
其中：
Figure GDA0003649631190000022
qi-区域i内的总风量；
si-区域i的周长；
ξi-空气从区域i-1流入区域i时经过侧孔对应的局部阻力系数；
Pdi-1-均匀送风时，区域i-1的动压；
△P-沿途阻力；
ρ-空气密度常数；
Q-风机总风量；
ni-区域i设置的进风窗数量；
n1-区域1设置的进风窗数量。
进一步地，所述根据从区域i-1流入区域i时经过侧孔的流量比对应局部阻力系数通过《实用供热空调设计手册》查询并结合插值法得出ξi的数值。
进一步地，均匀送风时，依据式(3)确定所述区域i的动压：
Pdi＝Pdi-1*(1-ξi)-ΔP (3)；
其中：
ξi-空气从区域i-1流入区域i时经过侧孔对应的局部阻力系数；
Pdi-1-均匀送风时，区域i-1的动压；
△P-沿途阻力。
进一步地，均匀送风时，依据式(4)确定所述区域1的动压：
Figure GDA0003649631190000023
其中：
Figure GDA0003649631190000024
其中：
Figure GDA0003649631190000031
v1-区域1内的平均风速；
ρ-空气密度常数；
q1-区域1的总风量；
h1-区域1的吊顶高度；
s1-区域1的周长；
Q-风机总风量；
ni-区域i设置的进风窗数量；
n1-区域1设置的进风窗数量。
进一步地，所述n的取值范围为2～6。
进一步地，所述ni大于n1，ni数值随i的取值增大而增大。
一种适用于平层养殖的通风井结构改进方法，该改进方法基于上述的适用于平层养殖的异形通风井结构来实现，包括：
S1.养殖场主体吊顶上部的若干个风机分别以风机中心为中心点设置有多个同心不同高度的矩形吊顶，以提供不同的动压阻力；
S2.各个区域的吊顶上分别设置有若干个进风窗，区域1的吊顶与风机底部等高；
S3.区域i的吊顶高度根据风机总风量、区域1的吊顶高度、各个区域进风窗数量、风机以及各个区域的尺寸运用流体动力学计算得出。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供一种异形通风井结构及改进方法，通过改变不同区域吊顶高度，确定各区域动压阻力，从而达到平衡不同进风窗之间的风量差，达到均匀送风的目的；构造简单，成本低，在原有风井基础上进行改进施工即可，不破坏整体的建筑结构，维修及维护方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的实施例中三个区域分布示意图。
图3是本发明的实施例中模拟风速分布图。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种适用于平层养殖的异形通风井结构，包括养殖场主体设有的异形吊顶以及设置于吊顶上部的若干个风机；
若干个风机分别以风机中心为中心点设置有多个同心不同高度的矩形吊顶，按从内向外依次编号为区域1,2，…,n，i为2～n中任意数；
各个区域的吊顶上分别设置有若干个进风窗，区域1的吊顶与风机底部等高，区域i的吊顶高度根据风机总风量、区域1的吊顶高度、各个区域进风窗数量、风机以及各个区域的尺寸运用流体动力学计算得出。
依据式(1)确定区域i的吊顶高度：
Figure GDA0003649631190000041
其中：
Figure GDA0003649631190000042
qi-区域i内的总风量；
si-区域i的周长；
ξi-空气从区域i-1流入区域i时经过侧孔对应的局部阻力系数；
Pdi-1-均匀送风时，区域i-1的动压；
△P-沿途阻力；
ρ-空气密度常数；
Q-风机总风量；
ni-区域i设置的进风窗数量；
n1-区域1设置的进风窗数量。
所述根据从区域i-1流入区域i时经过侧孔的流量比对应局部阻力系数通过《实用供热空调设计手册》查询并结合插值法得出ξi的数值。
均匀送风时，依据式(3)确定所述区域i的动压：
Pdi＝Pdi-1*(1-ξi)-ΔP (3)；
其中：
ξi-空气从区域i-1流入区域i时经过侧孔对应的局部阻力系数；
Pdi-1-均匀送风时，区域i-1的动压；
△P-沿途阻力。
均匀送风时，依据式(4)确定所述区域1的动压：
Figure GDA0003649631190000051
其中：
Figure GDA0003649631190000052
其中：
Figure GDA0003649631190000053
v1-区域1内的平均风速；
ρ-空气密度常数；
q1-区域1的总风量；
h1-区域1的吊顶高度；
s1-区域1的周长；
Q-风机总风量；
ni-区域i设置的进风窗数量；
n1-区域1设置的进风窗数量。
所述n的取值范围一般为2～6。
所述ni大于n1，ni数值随i的取值增大而增大。
一种适用于平层养殖的通风井结构改进方法，该改进方法基于上述的适用于平层养殖的异形通风井结构来实现，包括：
S1.养殖场主体吊顶上部的若干个风机分别以风机中心为中心点设置有多个同心不同高度的矩形吊顶，以提供不同的动压阻力；
S2.各个区域的吊顶上分别设置有若干个进风窗，区域1的吊顶与风机底部等高；
S3.区域i的吊顶高度根据风机总风量、区域1的吊顶高度、各个区域进风窗数量、风机以及各个区域的尺寸运用流体动力学计算得出。
常见养殖场养殖舍及风井尺寸：
养殖舍长10-60米；
宽5-20米；
高2-5米；
整体吊顶高0-3米；
使用吊顶风机均匀布置配合地沟排风机进行正压送风，将整个吊顶的通风区域根据风机均匀的划分到每一个风机上，例如每个大型风机负责16米*16米的通风区。
根据进风窗与风机的距离，以风机中心为中心点以多个同心的矩形划分为不同区域，每个区域具有不同的吊顶高度，按从内向外依次编号为区域1,2，…,n，i为2～n中任意数，每个区域的外周视为该区域的“进风口”。
假设吊顶的高度为H，风机的总风量为Q，每个风机共负责N个进风窗，每个进风窗的尺寸为a*b，区域1内进风窗为n1个，区域2内进风窗为n2个，区域3内进风窗为n3个，区域i内进风窗为ni个。
那么在均匀送风的情况下：
每个进风窗的送风量q＝Q/N，
区域1内的送风量为n1*q,
区域2内的送风量为n2*q,
区域3内的送风量为n3*q,
区域i内的送风量为ni*q,
每个进风窗的送风风速为单个进风窗的风量/进风窗的长*宽v＝q/(a*b),
根据送风风速可以计算出每个进风窗出口处的静压Pj＝v*v*ρ/2，ρ＝1.2kg/m3,
区域1处的动压
Figure GDA0003649631190000061
其中：
Figure GDA0003649631190000062
则区域1的总压为Pz1＝Pj+Pd1,因此得出区域2的总压为Pz2＝Pz1–ξ2*Pd1-△P,
区域2处的动压Pd2＝Pz2-Pj＝Pz1–ξ2*Pd1-△P-Pj＝Pd1+Pj–ξ2*Pd1-△P-Pj＝Pd1(1-ξ2)-△P,
vd2＝(2*Pd2/ρ)1/2＝q2/s2*h2,
h2＝(q2/s2)/(2*Pd2/ρ)1/2＝(q2/s2)/(2*Pd2/ρ)1/2＝(q2/s2)/{[2*[Pd1*(1-ξ2)-△P]/ρ}1/2,
依次类推，h3＝(q3/s3)/[2*(Pd2(1-ξ3)-△P)/ρ]1/2,Pd3＝Pd2(1-ξ3)-△P；
Figure GDA0003649631190000071
侧孔可以视为支管长度为零的三通，根据《实用供热空调设计手册》不同区域之间流量关系，如表1所示，可以查询并结合插值法得到对应的局部阻力系数。
表1.空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数
L<sub>0</sub>/L 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
ξ 0.15 0.05 0.02 0.01 0.03 0.07 0.12 0.17 0.23 0.29 0.35
以下结合实际实施例进行详细说明：
以某养殖场为原型进行设计计算，该养殖场每个中央风机(组)总风量为180000m3/h，平均负责边长为16*16m的送风区域，每个送风区域有36个进风窗，其中，空气密度取值1.2kg/m3。
根据进风窗与中央风机的距离划分为三个同中心的区域，如图1～2所示,均匀送风情况下每个进风窗风量为5000m3/h，第一区域有4个进风窗，第二区域有12个进风窗，第三区域有20个进风窗。
因此1、2、3三个区域的进风窗总风量分别为20000m3/h、60000m3/h、100000m3/h。
区域1内的总风量为区域1+区域2+区域3的风量，为180000m3/h，
区域2内的总风量为区域2+区域3的风量，为160000m3/h，
区域3内的总风量为100000m3/h。
设置风机及区域1吊顶高度为1.2m，区域1、区域2和区域3分别是边长为5m、10m、16m的正方形。
那么区域1内的平均风速为180000/[1.2*(4*5)*3600]＝2.08m/s，
区域1内的风口，所具有的动压为Pd1＝2.08*2.08*1.2/2＝2.6Pa，
空气由区域1流入区域2时，经过侧孔的流量比为1/3，根据下表并结合插值法查出局部阻力系数为0.016,
沿程阻力系数以0.1Pa/m进行计算，沿途阻力＝沿程阻力系数*长度，空气由区域1至区域2的流动距离为3m,沿途阻力为0.1Pa/m*3m＝0.3Pa，
因此区域2的风口所具有的动压为2.6*(1-0.016)-0.3＝2.26Pa，
根据公式vd2＝(2*Pd2/ρ)1/2
由此得出区域2内的平均流速为1.94m/s，
区域2处吊顶高度为
Figure GDA0003649631190000081
空气由区域2流入区域3时,经过侧孔的流量比为1/2，局部阻力系数为0.07,
沿途阻力为0.1Pa/m,沿途阻力为0.3Pa,
因此区域3的吊顶高度为
Figure GDA0003649631190000082
区域3的风口所具有的动压为2.26*(1-0.07)-0.3＝1.80Pa，
根据公式vd3＝(2*Pd3/ρ)1/2，得出区域3内的平均流速为1.73m/s，
根据计算结果利用SolidWorks进行建模后仿真模拟结构如下图所示，根据以上计算结果，如图3所示，可达到风速均匀。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。

Claims (4)

1.一种适用于平层养殖的异形通风井结构，其特征在于，包括养殖场主体设有的异形吊顶以及设置于吊顶上部的若干个风机；
若干个风机分别以风机中心为中心点设置有多个同心不同高度的矩形吊顶，按从内向外依次编号为区域1,2，…,n，i为2~n中任意数；
各个区域的吊顶上分别设置有若干个进风窗，区域1的吊顶与风机底部等高；
区域i的吊顶高度根据风机总风量、区域1的吊顶高度、各个区域进风窗数量、风机以及各个区域的尺寸运用流体动力学计算得出；
依据式（1）确定区域i的吊顶高度：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）；
qi-区域i内的总风量；
si-区域i的周长；
ξi-空气从区域i-1流入区域i时经过侧孔对应的局部阻力系数；
Pdi-1-均匀送风时，区域i-1的动压；
△P-沿途阻力；
ρ-空气密度常数；
Q-风机总风量；
ni-区域i设置的进风窗数量；
n1-区域1设置的进风窗数量；
所述ξi的数值根据从区域i-1流入区域i时经过侧孔的流量比对应局部阻力系数通过《实用供热空调设计手册》查询并结合插值法得出；
均匀送风时，依据式（3）确定所述区域i的动压：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）；
其中：
ξi-空气从区域i-1流入区域i时经过侧孔对应的局部阻力系数；
Pdi-1-均匀送风时，区域i-1的动压；
△P-沿途阻力；
均匀送风时，依据式（4）确定所述区域1的动压：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（4）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（5）；
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（6）；
v1-区域1内的平均风速；
ρ-空气密度常数；
q1-区域1的总风量；
h1-区域1的吊顶高度；
s1-区域1的周长；
Q-风机总风量；
ni-区域i设置的进风窗数量；
n1-区域1设置的进风窗数量。
2.根据权利要求1所述的适用于平层养殖的异形通风井结构，其特征在于，所述n的取值范围为2~6。
3.根据权利要求2所述的适用于平层养殖的异形通风井结构，其特征在于，所述ni大于n1，ni数值随i的取值增大而增大。
4.一种适用于平层养殖的通风井结构改进方法，其特征在于，该改进方法基于权利要求1~3任意一项所述的适用于平层养殖的异形通风井结构来实现，包括：
S1. 养殖场主体吊顶上部的若干个风机分别以风机中心为中心点设置有多个同心不同高度的矩形吊顶，以提供不同的动压阻力；
S2.各个区域的吊顶上分别设置有若干个进风窗，区域1的吊顶与风机底部等高；
S3.区域i的吊顶高度根据风机总风量、区域1的吊顶高度、各个区域进风窗数量、风机以及各个区域的尺寸运用流体动力学计算得出。
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