CN115779661A - 一种可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，包括可调空隙填料，该可调空隙填料包括至少两层平接填料层和至少一层倾斜填料层；所述平接填料层沿着水平方向进行排列；所述倾斜填料层倾斜地连接在相邻的两层平接填料层之间；所述平接填料层和倾斜填料层均包括多组沿着水平方向均匀排列的基础填料单元；每组基础填料单元包括多个沿着竖直方向首尾连接的基础填料单元；所述基础填料单元由基础模块先后在两个相互垂直的方向上轴对称衍生而成；所述基础模块包括六节折线结构和横向连接臂。本发明能够根据实际需要调节自身的孔隙率，实现动态净化调整，获得更好的净化效果。

Description

一种可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置

技术领域

本发明涉及畜禽养殖净化装置，具体涉及一种可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置。

背景技术

随着人类对肉蛋白营养需求提示，畜禽养殖行业已经成为农业经济的重要组成部分，通过规模化、标准化养殖提升禽畜养殖数量，在养殖过程中会排放出大量氨气、硫化氢、可吸入颗粒物、二氧化碳等刺激性有害气体，从而危害畜禽的健康，给养殖企业带来巨大的经济损失，舍内通风量是对禽畜养殖健康的重要因素之一。

目前，关于减少养殖过程中产生的气体污染物排放研究主要集中在对动物饲养方案的改良，生物法除臭，改良除臭剂配方和高能光电除臭设备。在标准化、规模化畜禽养殖末端空气净化技术研究上采用的常规填料，常见有空心多面球、鲍尔环、流化床等形状的填料。其具有一定的比表面积S、孔隙率ε和渗透率K，但是其结构单一无法对关键参数进行动态调整，无法对舍内畜禽养殖生产中舍内风量、不同浓度氨气净化时间、化学反应面积进行调整。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，该畜禽养殖末端空气净化填料装置能够根据实际需要调节自身的孔隙率，实现动态净化调整，获得更好的净化效果。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，包括可调空隙填料，该可调空隙填料包括至少两层平接填料层和至少一层倾斜填料层；所述平接填料层沿着水平方向进行排列；所述倾斜填料层倾斜地连接在相邻的两层平接填料层之间；

所述平接填料层和倾斜填料层均包括多组沿着水平方向均匀排列的基础填料单元；所述平接填料层的不同组基础填料单元之间固定连接；所述倾斜填料层的不同组基础填料单元之间相互独立；每组基础填料单元包括多个沿着竖直方向首尾连接的基础填料单元；

所述基础填料单元由基础模块先后在两个相互垂直的方向上轴对称衍生而成；所述基础模块包括六节折线结构和横向连接臂；所述横向连接臂包括短横向连接臂、中横向连接臂和长横向连接臂，所述短横向连接臂的一端连接在六节折线结构的第一节折线的端部，该短横向连接臂的另一端往外横向延伸；所述长横向连接臂的一端连接在六节折线结构的第二节折线与第三节折线的内角相交点处，该长横向连接臂的另一端往外横向延伸；所述中横向连接臂的一端连接在六节折线结构的第三节折线与第四节折线的内角相交点处，该中横向连接臂的另一端往外横向延伸；

所述六节折线结构的第一节折线、第二节折线和第五节折线的长度相等，所述六节折线结构的第五节折线的长度大于所述六节折线结构的第六节折线的长度。

本发明的一个优选方案，其中，所述平接填料层的基础填料单元的横向和竖向的阵列步长均为：

式中，L为长横向连接臂的长度，t为长横向连接臂的宽度，θ为长横向连接臂与六节折线结构的第二节折线之间的夹角。

进一步，所述平接填料层的阵列步长为：

P＝U*sinα；

式中，α为平接填料层与倾斜填料层之间的夹角。

本发明的一个优选方案，其中，所述中横向连接臂的长度为：

式中，h为六节折线结构的第六节折线的长度，θ为长横向连接臂与六节折线结构的第二节折线之间的夹角，t为横向连接臂的宽度。

本发明的一个优选方案，其中，所述六节折线结构的第一节折线、第二节折线和第五节折线的长度为：

式中，h为六节折线结构的第六节折线的长度，θ为长横向连接臂与六节折线结构的第二节折线之间的夹角。

本发明的一个优选方案，其中，所述六节折线结构的第二节折线与第三节折线相交的外角、第三节折线与第四节折线相交的外角、第四节折线与第五节折线相交的外角均为齐平结构。这样，在进行对称衍生时，不会发生结构干涉。

本发明的一个优选方案，其中，在基础填料单元中，在与横向连接臂的延伸方向平行的方向上，相邻的两个短横向连接臂共线固定连接，相邻的两个中横向连接臂共线固定连接；

在与横向连接臂的延伸方向垂直的方向上，相邻的两个六节折线结构的第六节折线固定连接。通过上述结构，将多个基础填料单元阵列形成平接填料层之后，相邻的基础填料单元的通过对应的长横向连接臂实现固定连接。

本发明的一个优选方案，其中，在基础填料单元中，在与横向连接臂的延伸方向平行的方向上，相邻的两个长横向连接臂共线固定连接；

在与横向连接臂的延伸方向垂直的方向上，相邻的两个六节折线结构的第六节折线固定连接。通过上述结构，将多个基础填料单元阵列形成平接填料层之后，相邻的基础填料单元的通过对应的短横向连接臂和中横向连接臂实现固定连接。

本发明的一个优选方案，其中，还包括净化室，该净化室的其中一对侧壁设有通风口；

所述可调空隙填料设置在所述净化室中。

本发明的一个优选方案，其中，所述可调空隙填料的孔隙率的计算公式为：

F_z＝-0.4971e^-7*ε²+0.0001745*ε+0.9726；

式中，F_z为向可调空隙填料施加的载荷力，单位为N；根据上述关系式对可调空隙填料的孔隙率ε的大小进行改变，从而调节可调空隙填料的孔隙率。

本发明的一个优选方案，其中，所述可调空隙填料的渗透率的调节方法为：

根据净化通道前后的压力差计算可调空隙填料的风阻：

式中，F为可调空隙填料受到的曳力；A_P为投影到垂直于净化通道气流方向的平面的面积；C_d值为可调空隙填料的表面摩擦曳力系数，取值0.0015；ρ为可调空隙填料的材料密度；U_in为通过净化通道的流体速度；

式中，K是可调空隙填料的渗透率，U_out是净化通道流向出口的速度，μ净化通道中流体的动力黏度，L为可调空隙填料的长度，ΔP是净化通道入口与出口的压力差大小；

通过上述公式，得出净化室的净化通道的阻力与渗透率之间的关系为：

根据上述关系式对可调空隙填料的渗透率K的大小进行改变，调节渗透率。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的畜禽养殖末端空气净化填料装置通过采用折线结构的基础模块组成基础填料单元，再将基础填料单元在三维空间上进行阵列，这样可以不仅可以获得多孔结构，为净化提供反应空间，而且折线形结构具有一定的伸缩性能，可以进行压缩，能够根据实际需要调节自身的孔隙率，实现动态净化调整，达到更有效的净化效果。

附图说明

图1为本发明的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置的立体结构示意图。

图2为本发明的可调空隙填料的俯视图。

图3为本发明的基础填料单元的其中一种实施方式的正视图。

图4为本发明的基础填料单元的另一种实施方式的正视图。

图5为本发明的可调空隙填料的部分结构进行竖向拉伸的正视图。

图6为本发明的可调空隙填料的部分结构进行竖向压缩的正视图。

图7为本发明的可调空隙填料在不同载荷下比表面积S变化曲线。

图8为本发明的可调空隙填料在不同载荷下渗透率变化曲线。

图9为本发明的可调空隙填料在不同载荷下孔隙率变化曲线。

图10为本发明的可调空隙填料在不同载荷下填料前后压差ΔP变化曲线。

图11为本发明的可调空隙填料的面内泊松比V稳定性示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参见图1，本实施例的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，包括可调空隙填料和净化室1，所述净化室1的其中一对侧壁设有通风口，所述可调空隙填料设置在所述净化室1中。

参见图1-3，所述可调空隙填料包括至少两层平接填料层和至少一层倾斜填料层；所述平接填料层沿着水平方向进行排列；所述倾斜填料层倾斜地连接在相邻的两层平接填料层之间；所述平接填料层和倾斜填料层均包括多组沿着水平方向均匀排列的基础填料单元2；所述平接填料层的不同组基础填料单元2之间固定连接；所述倾斜填料层的不同组基础填料单元2之间相互独立；每组基础填料单元2包括多个沿着竖直方向首尾连接的基础填料单元2；所述基础填料单元2由基础模块先后在两个相互垂直的方向上轴对称衍生而成；所述基础模块包括六节折线结构和横向连接臂；所述横向连接臂包括短横向连接臂3、中横向连接臂4和长横向连接臂5，所述短横向连接臂3的一端连接在六节折线结构的第一节折线的端部，该短横向连接臂3的另一端往外横向延伸；所述长横向连接臂5的一端连接在六节折线结构的第二节折线与第三节折线的内角相交点处，该长横向连接臂5的另一端往外横向延伸；所述中横向连接臂4的一端连接在六节折线结构的第三节折线与第四节折线的内角相交点处，该中横向连接臂4的另一端往外横向延伸。

所述六节折线结构的第一节折线、第二节折线和第五节折线的长度相等，所述六节折线结构的第五节折线的长度大于所述六节折线结构的第六节折线的长度。通过有限元分析对基础填料单元进行等效弹性模量分析，本实施例的基础填料单元的面内泊松比稳定在0.002附近，具有零泊松比特性，如图11。

参见图1-3，在基础填料单元2中，在与横向连接臂的延伸方向平行的方向上，相邻的两个短横向连接臂3共线固定连接，相邻的两个中横向连接臂4共线固定连接；在与横向连接臂的延伸方向垂直的方向上，相邻的两个六节折线结构的第六节折线固定连接。通过上述结构，将多个基础填料单元2阵列形成平接填料层之后，相邻的基础填料单元2的通过对应的长横向连接臂5实现固定连接。

参见图3，所述平接填料层的基础填料单元2的横向和竖向的阵列步长均为：

式中，L为长横向连接臂5的长度，t为长横向连接臂5的宽度，θ为长横向连接臂5与六节折线结构的第二节折线之间的夹角。

进一步，所述平接填料层的阵列步长为：

P＝U*sina；

式中，α为平接填料层与倾斜填料层之间的夹角。

参见图3，所述中横向连接臂4的长度为：

式中，h为六节折线结构的第六节折线的长度，θ为长横向连接臂5与六节折线结构的第二节折线之间的夹角，t为横向连接臂的宽度。

参见图3，所述六节折线结构的第一节折线、第二节折线和第五节折线的长度为：

式中，h为六节折线结构的第六节折线的长度，θ为长横向连接臂5与六节折线结构的第二节折线之间的夹角。

具体地，对本实施例的可调空隙填料使用Comsol有限元软件进行仿真分析，采用弹性模量500Mpa和泊松比0.394的模型，其中厚度b和t分别为4mm和5mm，长横向连接臂5与六节折线结构的第二折线中间的夹角为30°，长横向连接臂5的长度L为94mm，臂长H和h分别为51mm和31mm。

参见图3，所述六节折线结构的第二节折线与第三节折线相交的外角、第三节折线与第四节折线相交的外角、第四节折线与第五节折线相交的外角均为齐平结构。这样，在进行对称衍生时，不会发生结构干涉。

参见图1-3，所述可调空隙填料的孔隙率的调节方法包括以下步骤：

计算出净化室1的净化通道的横截面积：

S₂＝C*D；

式中，S₂是净化通道的横截面积，C为进风通道的长度；D为进风通道的宽度。

根据净化通道前后的压力差计算可调空隙填料的风阻：

式中，F为可调空隙填料受到的曳力；A_P为投影到垂直于净化通道气流方向的平面的面积；C_d值为可调空隙填料的表面摩擦曳力系数，取值0.0015，通过仿真计算得出；ρ为可调空隙填料的材料密度；U_in为通过净化通道的流体速度。

计算出每小时净化室1的总通风量：

Q＝C*D*U_in*3600(s)；

式中，Q为每小时净化室1的总通风量，单位为m³/h。

计算出可调空隙填料的孔隙率、渗透率和比表面积：

式中，e是可调空隙填料的孔隙率，V_f是除可调空隙填料外的孔隙的体积，V_t是可调空隙填料的总体积。

所述可调空隙填料的孔隙率的计算公式为：

F_z＝-0.4971e^-7*ε²+0.0001745*ε+0.9726；

式中，F_z为向可调空隙填料施加的载荷力，单位为N；根据上述关系式对可调空隙填料的孔隙率ε的大小进行改变，从而调节可调空隙填料的孔隙率。

式中，K是可调空隙填料的渗透率，U_out是净化通道流向出口的速度，μ净化通道中流体的动力黏度，L为可调空隙填料的长度，ΔP是净化通道入口与出口的压力差大小。

式中S_ssa是可调空隙填料的比表面积，S₁是可调空隙填料的表面积。

通过上述公式，得出净化室1的净化通道的阻力与渗透率之间的关系为：

根据上述关系式对可调空隙填料的比表面积进行拉伸压缩，调节渗透率。

参见图1-3和图5-10，本实施例的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置的工作原理为：

通过负压将养殖舍的废气抽取至净化室1中，与此同时通过喷淋装置对净化室1内的可调空隙填料喷淋除臭液，废气会与除臭液发生化学反应，去除养殖舍废气中的污染气体，并将净化后的气体排出大气中。其中，在可调空隙填料的前端和后端各放置1台气体流速传感器，用于检测出废气在经过净化室1中的流动速度，并计算对净化室1每小时所需总通风量；通过计算后反馈至可调空隙填料的拉伸压缩机构(由电动推杆和压板构成，电动推杆的驱动端与压板固定连接，压板固定连接在可调空隙填料的顶部)，对可调空隙填料进行压缩和拉伸，从而改变可调空隙填料的孔隙率和比表面积，如图5-6所示。进一步，随着载荷变大，可调空隙填料的比表面积不断减小，可调空隙填料的渗透率、孔隙率不断变大，加快禽畜养殖舍内空气流通速度，如图7-9所示；载荷逐渐变大时舍内与舍外压力差不断变小，如图10所示，随着载荷不断加大实现对废气经过装置的流动速度大小的改变，进而实现对养殖舍内空气量的精准调节。

实施例2

参见图4，与实施例1不同的是，本实施例的基础填料单元2中，在与横向连接臂的延伸方向平行的方向上，相邻的两个长横向连接臂5共线固定连接；在与横向连接臂的延伸方向垂直的方向上，相邻的两个六节折线结构的第六节折线固定连接。通过上述结构，将多个基础填料单元2阵列形成平接填料层之后，相邻的基础填料单元2的通过对应的短横向连接臂3和中横向连接臂4实现固定连接。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，包括可调空隙填料和净化室，所述净化室的其中一对侧壁设有通风口；所述可调空隙填料设置在所述净化室中；

所述可调空隙填料包括至少两层平接填料层和至少一层倾斜填料层；所述平接填料层沿着水平方向进行排列；所述倾斜填料层倾斜地连接在相邻的两层平接填料层之间；

所述平接填料层和倾斜填料层均包括多组沿着水平方向均匀排列的基础填料单元；所述平接填料层的不同组基础填料单元之间固定连接；所述倾斜填料层的不同组基础填料单元之间相互独立；每组基础填料单元包括多个沿着竖直方向首尾连接的基础填料单元；

所述基础填料单元由基础模块先后在两个相互垂直的方向上轴对称衍生而成；所述基础模块包括六节折线结构和横向连接臂；所述横向连接臂包括短横向连接臂、中横向连接臂和长横向连接臂，所述短横向连接臂的一端连接在六节折线结构的第一节折线的端部，该短横向连接臂的另一端往外横向延伸；所述长横向连接臂的一端连接在六节折线结构的第二节折线与第三节折线的内角相交点处，该长横向连接臂的另一端往外横向延伸；所述中横向连接臂的一端连接在六节折线结构的第三节折线与第四节折线的内角相交点处，该中横向连接臂的另一端往外横向延伸；

所述六节折线结构的第一节折线、第二节折线和第五节折线的长度相等，所述六节折线结构的第五节折线的长度大于所述六节折线结构的第六节折线的长度。

2.根据权利要求1所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，所述平接填料层的基础填料单元的横向和竖向的阵列步长均为：

式中，L为长横向连接臂的长度，t为长横向连接臂的宽度，θ为长横向连接臂与六节折线结构的第二节折线之间的夹角。

3.根据权利要求2所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，所述平接填料层的阵列步长为：

P＝U*sina；

式中，α为平接填料层与倾斜填料层之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，所述中横向连接臂的长度为：

式中，h为六节折线结构的第六节折线的长度，θ为长横向连接臂与六节折线结构的第二节折线之间的夹角，t为横向连接臂的宽度。

5.根据权利要求1所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，所述六节折线结构的第一节折线、第二节折线和第五节折线的长度为：

式中，h为六节折线结构的第六节折线的长度，θ为长横向连接臂与六节折线结构的第二节折线之间的夹角。

6.根据权利要求1所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，所述六节折线结构的第二节折线与第三节折线相交的外角、第三节折线与第四节折线相交的外角、第四节折线与第五节折线相交的外角均为齐平结构。

7.根据权利要求1所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，在基础填料单元中，在与横向连接臂的延伸方向平行的方向上，相邻的两个短横向连接臂共线固定连接，相邻的两个中横向连接臂共线固定连接；

在与横向连接臂的延伸方向垂直的方向上，相邻的两个六节折线结构的第六节折线固定连接。

8.根据权利要求1所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，在基础填料单元中，在与横向连接臂的延伸方向平行的方向上，相邻的两个长横向连接臂共线固定连接；

在与横向连接臂的延伸方向垂直的方向上，相邻的两个六节折线结构的第六节折线固定连接。

9.根据权利要求1所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，所述可调空隙填料的孔隙率的计算公式为：

F_z＝-0.4971e^-7*ε²+0.0001745*ε+0.9726；

式中，F_z为向可调空隙填料施加的载荷力，单位为N；根据上述关系式对可调空隙填料的孔隙率ε的大小进行改变，从而调节可调空隙填料的孔隙率。

10.根据权利要求1所述的可调孔隙率的畜禽养殖末端空气净化填料装置，其特征在于，所述可调空隙填料的渗透率的调节方法为：

根据净化通道前后的压力差计算可调空隙填料的风阻：

式中，F为可调空隙填料受到的曳力；A_P为投影到垂直于净化通道气流方向的平面的面积；C_d值为可调空隙填料的表面摩擦曳力系数，取值0.0015；ρ为可调空隙填料的材料密度；U_in为通过净化通道的流体速度；

式中，K是可调空隙填料的渗透率，U_out是净化通道流向出口的速度，μ净化通道中流体的动力黏度，L为可调空隙填料的长度，ΔP是净化通道入口与出口的压力差大小；

通过上述公式，得出净化室的净化通道的阻力与渗透率之间的关系为：

根据上述关系式对可调空隙填料的渗透率K的大小进行改变，调节渗透率。

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