一、背景介绍

  中国人自古以来就喜欢吃猪肉，当前全球一半生猪产量在中国。随着科学技术的发展，不仅养猪的规模化程度逐渐提高，养猪的科技水平也在不断提升。如猪脸识别、基因选配、生物安全、智能养猪平台、集群式楼房智能化猪场等等，借助这些高科技手段，显著提高了生猪的存活率与产肉量，为养殖企业增加了丰厚的经济效益。

  生猪的生长环境是影响产量的一个非常重要因素。常见的家庭式养殖，猪圈非常简陋，保温靠棚、散热靠自然通风，猪的生长环境非常恶劣；稍具规模的养殖场，生猪不用生活在露天环境下，但养殖场的通风散热靠的仍然是门窗的被动散热。随着集群式养猪场的出现，一栋楼房内养着成千上万头生猪，其通风散热方式已经从“随风而定”变为了“人工调节”：通过设计部署的暖气空调可以精准调节室内温度，让养殖场环境温度保持在生猪的最佳生长点。

  当前的楼房养猪属于第四代养猪模式，相比于之前的几种养殖厂房类型，具有专业环控、精准调控、保障生猪健康、能耗低等优点。但是楼房聚落式的养殖场在设计过程中具有系统复杂程度高、设计建设经验少、改动成本大、需要综合考虑的因素繁杂等困难，对养殖场的暖通设计人员提出了很高的要求。

  采用共轭传热的方式对养殖厂房内的流动与传热现象进行耦合求解。在生猪、养殖人员、建筑材料等固体内部，热量主要以热传导方式进行扩散；在流体与固体界面，热量传递主要以热对流为主。在流体与固体的交界面上，温度场和热通量在交界面处连续。在靠近固体处，由于温度与流动边界层的存在，流体温度与固体温度接近；在远离界面处，流体温度接近周围流体的温度。针对养殖厂房复杂模型的共轭传热分析，合理的模型设置、边界和求解参数，可以极大的改善计算收敛性，提高计算效率。

  本方案搭建了现代化养殖猪舍内通风散热性能评估系统APP，用来模拟冬季和夏季不同的通风散热措施对猪舍内热环境的影响情况。夏季时，在猪舍的正面和侧面墙上均安置有冷却水帘，空气从此处进入后被冷却；通过后部墙上大小不等的风机，将室内的热气抽到室外。而冬季时，关闭风机和水帘，由猪舍上部的暖风管提供暖气，对内部环境进行升温。该APP可同时计算同一猪舍不同季节的通风散热性能，保证在不同的外界温度时，可通过调整温度和风量参数来达到适合生猪生长的室内温度。

1、仿真流程搭建

1）参数化建模。建立养殖场所与内部生猪和人员模型，将其关键设计尺寸参数化。

2）材料参数设定。为空气、生猪和人体定义流体与传热属性。

3）网格划分。采用非结构网格四面体单元对流体部分与固体部分模型进行离散化。

4）流场边界条件与求解参数设置。设置稳态单相流，设置冬夏季入口流速、压力与温度，设置初始条件与计算控制参数以及耦合面。4）流场边界条件与求解参数设置。设置稳态单相流，设置冬夏季入口流速、压力与温度，设置初始条件与计算控制参数以及耦合面。

5）热边界条件设置。设置生猪和工作人员发热功率，外界环境，对流换热边界条件及稳态求解设置。

6）耦合求解设置。设置耦合边界与耦合方式，确定耦合时间步与保存输出间隔。

7）计算结果查看。分别查看温度云图、速度云图和速度矢量分布。

2、仿真APP封装

基于Simdroid平台提供的仿真APP开发环境，通过选择和鼠标拖拽的方式搭建数字养殖APP界面，将养殖场所通风散热的分析过程进行封装，开发具有尺寸与设备选型设计、分析求解、结果查看完整过程的一体化仿真APP，如下图所示。

3、基于仿真APP的边界与厂房设备选型设计

  下面基于数字养殖APP，计算冬季与夏季养殖场所内各部分的温度、生猪和人员的温度舒适度、流速分布情况，并以此调整风机与水帘等设备参数，优化养殖厂房结构设计与设备选型。

也可根据养殖厂房内生猪生长阶段调整猪身尺寸、发热量等参数，使得设备选型满足不同生长阶段生猪的适宜生长环境需求。

三、数字养殖仿真APP应用

  针对养猪环境仿真分析而开发设计的数字养殖仿真APP ，旨在解决养殖房舍结构设计及通风方案经济性评估数据匮乏，监测式养殖环境管理方法设备投入高且环境变化响应可预测性低，猪只繁殖、生长及发育不同阶段下的养殖环境控制精准度不足，以及数字化养猪技术中仿真门槛高、操作复杂、优化设计费时费力等问题。此APP解决方案不仅适用于数字化养猪业，也适用于所有涉及到室内通风换热仿真分析的行业及场景。