层舍通风系统运行性能的CFD模拟与实验验证：寒冷气候条件下的优化策略

本研究针对寒冷气候条件下家禽养殖舍通风系统选择难题，通过计算流体力学(CFD)模拟结合实测数据，系统比较了隧道式、横流式和侧向式三种通风模式的运行性能。研究发现侧向通风在温度均匀性、气流分布及湿度控制方面表现最优，同时揭示了不同通风速率、入风口角度对温度-湿度指数(THI)的影响规律，为家禽健康养殖提供了关键设计参数。

　　

在现代化家禽养殖中，通风系统犹如建筑的"呼吸系统"，其性能直接关系到数万只蛋鸡的健康与生产力。当前养殖场面临一个两难抉择：寒冷气候下既要防止热量散失，又要有效排出湿气和有害气体。传统通风方案如隧道式、横流式虽各具优势，但普遍存在温度分布不均、局部气流过强等问题，导致蛋鸡出现热应激、呼吸道疾病甚至生产力下降。更棘手的是，现有研究多聚焦温带或炎热气候，对加拿大等寒冷地区特有的"保温-通风"矛盾缺乏系统解决方案。

加拿大圭尔夫大学(University of Guelph)机械工程学院的研究团队独辟蹊径，将计算流体力学(CFD)这一航空航天领域的技术引入农业工程。他们以安大略省某商业化层舍为原型，构建了1:1数字孪生模型，首次在-15℃环境条件下对比测试三种主流通风系统。通过植入温度-湿度指数(THI)这一生物应激指标，研究不仅评估物理参数，更开创性地将气流组织与动物福利直接关联。

关键技术方法包括：1)基于实际层舍尺寸(46m×12.5m×3.8m)建立三维CFD模型，采用多孔介质理论模拟鸡笼区阻力特性；2)通过16台相同规格风机实现三种通风模式标准化对比；3)利用现场实测数据校准模拟参数，确保温度、相对湿度(RH)和风速的误差控制在5%以内；4)引入THI指数定量评估蛋鸡热舒适度。

通风配置比较
侧向通风(V1)展现出显著优势：鸡笼区温度波动仅±0.8℃，相对湿度梯度<10%，远优于横流式(V2)的±2.3℃和隧道式(V3)的±3.5℃。特别在-15℃工况下，V1系统THI指数全部笼位均处于舒适区(72-78)，而V2/V3分别有23%/41%笼位超出安全阈值。

气流组织特性
横流通风的最大缺陷在于东西向存在明显"气流走廊"，局部风速达2.5m/s（相当于5级风），易引发蛋鸡应激反应。隧道式则因末端效应导致20%区域出现空气滞留，氨气浓度比侧向系统高37%。

参数优化规律
研究发现：1)侧向和隧道式的最佳入风口角度为45°，而横流式仅需22.5°；2)每只鸡通风量>0.8m3/h时，三种系统THI达标率均可提升15-20%；3)降低养殖密度使侧向系统的湿度均匀性提高32%。

这项研究颠覆了传统认知——在寒冷气候中，看似简单的侧向通风反而胜过技术复杂的隧道系统。其创新价值在于：1)建立首个寒冷地区层舍通风设计数据库；2)提出THI指导下的通风参数匹配公式；3)揭示入风口角度与气流分布的非线性关系。该成果已被加拿大蛋农协会(EFC)纳入新版养殖规范，预计可使冬季蛋鸡死亡率降低12%，同时减少通风能耗18%。正如研究者指出，未来智能通风系统可基于此研究开发动态调控算法，实现从"环境控制"到"动物需求驱动"的范式转变。