توسعه شبیه‌ساز رایانه‌ای به‌منظور مدیریت بهتر شرایط تهویه‌ای مرغداری و بهینه‌سازی تولید

ماشین های کشاورزی

مقاله 3، دوره 12، شماره 2 - شماره پیاپی 24، تیر 1401، صفحه 131-146   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.v12i2.81420

نویسندگان

حامد فرزانپور؛ سیدصادق سیدلو هریس^* ؛ حبیبه نعلبندی

گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، ایران

چکیده

تهویه یک متغیر کلیدی برای بهینه‌سازی شرایط محیط داخلی مرغداری است که با کنترل عواملی مانند درجه حرارت، سرعت هوا و غلظت گازهای موجود، می‌تواند از تلفات طیور جلوگیری کند. در حال حاضر دستورالعمل‌های دقیقی در راستای طراحی و ساخت سالن‌های مرغداری و سیستم‌های تهویه با هدف کنترل دقیق شرایط محیطی توسعه نیافته است. در این تحقیق در یک مرغداری طولی و با تهویه مکانیکی فشار منفی، توزیع دما و الگوهای جریان هوا با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه‌سازی شد و با استفاده از شبیه‌ساز توسعه‌یافته راهکارهایی برای بهبود سیستم تهویه ارایه شد. در توسعه شبیه‌ساز مذکور همه شرایط مرزی از طریق اندازه‌گیری‌های تجربی در طول یک دوره 24 ساعته به‌دست آمد. اعتبارسنجی نتایج شبیه‌ساز، در 13 نقطه آزمون شد و مشخصه‌های آماری بیان‌کننده دقت پیش‌بینی مانند RMSE، بین دمای اندازه‌گیری شده و پیش‌بینی شده در محدوده 0.405 تا 1.29 قرار داشت و شبیه‌ساز قادر بود تغییرات دمای نقاط مختلف سالن مرغداری را با دقت 0.6 درجه پیش‌بینی نماید. نتایج شبیه‌ساز نشان داد که در مرغداری مورد مطالعه پروفیل دما در سطح استقرار طیور، حدود 18 درجه در نقاط مختلف سالن تفاوت دمایی وجود دارد و سرعت هوا در نواحی مرکزی سالن بیش از یک متر بر ثانیه می‌باشد. بنابراین در مرحله بعدی از شبیه‌ساز توسعه‌یافته برای بهبود تهویه سالن مرغداری مذکور استفاده و تغییراتی در محل استقرار ورودی‌های هوا و سرعت هوای اعمال و در نهایت با اصلاحات انجام شده توزیع دما در مرغداری نسبت به حالت اولیه یکنواخت‌تر شد و دمای هوا در محدوده 291 تا 297 کلوین (معادل 18 تا 24 درجه سانتی‌گراد) و در حد مطلوب قرار گرفت. هم‌چنین پس از اصلاحات انجام شده، سرعت هوا در اغلب نقاط سالن در محدوده‌ی 0.23 تا 0.46 متر بر ثانیه قرار داشت که در محدوده توصیه شده می‌باشد. بنابراین برای طراحی و ساخت مرغداری‌ها و نصب سیستم‌های تهویه، شبیه‌ساز توسعه داده شده دارای عملکرد و دقت خوبی است.

کلیدواژه‌ها

توزیع دما؛ تهویه؛ سرعت هوا؛ شبیه‌سازی؛ مرغداری؛ یکنواختی

مراجع

1. ANSYS- Fluent. 2014. Theory Guide.
2. Atilgan, A., and H. Koknaroglu. 2006. Cultural energy analysis on broilers reared in different capacity poultry houses. Italian Journal of Animal Science 5 (4): 393-400.
3. Baghani, M., and M. H. Aghkhani. 2018. Study of Ammonia Gas Emission from Broiler Houses and the Effects of Temperature, Humidity and Age on It. Journal of Agricultural Machinery 8 (2): 377-388. (In Persian). DOI: 22067/jam.v8i2.65179.
4. Blanes-Vidal, V., E. Guijarro, S. Balasch, and A. G. Torres. 2008. Application of computational fluid dynamics to the prediction of airflow in a mechanically ventilated commercial poultry building. Biosystems Engineering 100 (1): 105-116.
5. Bustamante, E., E. Guijarro, F. J. Garcia-Diego, S. Balasch, A. Hospitaler, and A. G. Torres. 2012. Multisensor system for isotemporal measurements to assess indoor climatic conditions in poultry farms. Sensors (Basel) 12 (5): 5752-5774.
6. Charles, D. R., and A. W. Walker. 2002. Poultry environment problems: a guide to solutions, Nottingham University Press.
7. Chen, Q., and J. Srebric. 2002. A procedure for verification, validation, and reporting of indoor environment CFD analyses. HVAC&R Research 8 (2): 201-216.
8. Feddes, J., E. Emmanuel, M. Zuidhof, and D. Korver. 2003. Ventilation rate, air circulation, and bird disturbance: Effects on the incidence of cellulitis and broiler performance. The Journal of Applied Poultry Research 12 (3): 328-334.
9. Gholamrezai, N., K. Qaderi, and K. Jafari Naeimi. 2017. Temperature, Humidity and Energy Consumption Forecasting in the Poultry Hall Using Artificial Neural Network. Journal of Agricultural Machinery 7 (2): 546-557. (In Persian). DOI: 22067/jam.v7i2.50799.
10. González Díaz, S., R. Sotolongo Sospedra, M. A. León Sánchez, and F. Góngora Rojas. 2014. Incidencia de la Modificación del Bosque Semicaducifolio sobre Orquídeas en Sierra del Rosario Candelaria, Cuba. Revista Facultad Nacional de Agronomia 67 (2): 7345-7353.
11. Lee, I. B., S. Sase, and S. H. Sung. 2007. Evaluation of CFD accuracy for the ventilation study of a naturally ventilated broiler house. Japan Agricultural Research Quarterly: JARQ 41 (1): 53-64.
12. Mistriotis, A., T. D. Jong, M. Wagemans, and G. Bot. 1997. Computational Fluid Dynamics (CFD) as a tool for the analysis of ventilation and indoor microclimate in agricultural buildings. Netherlands Journal of Agricultural Science (Netherlands).
13. Mostafa, E., I. B. Lee, S. H. Song, K. S. Kwon, I. H. Seo, S. W. Hong, H. S. Hwang, J. P. Bitog, and H. T. Han. 2012. Computational fluid dynamics simulation of air temperature distribution inside broiler building fitted with duct ventilation system. Biosystems Engineering 112 (4): 293-303.
14. Norton, T., J. Grant, R. Fallon, and D. W. Sun. 2009. Assessing the ventilation effectiveness of naturally ventilated livestock buildings under wind dominated conditions using computational fluid dynamics. Biosystems Engineering 103 (1): 78-99.
15. Norton, T., J. Grant, R. Fallon, and D. W. Sun. 2010. Optimising the ventilation configuration of naturally ventilated livestock buildings for improved indoor environmental homogeneity. Building and Environment 45 (4): 983-995.
16. Norton, T., D. W. Sun, J. Grant, R. Fallon, and V. Dodd. 2007. Applications of computational fluid dynamics (CFD) in the modeling and design of ventilation systems in the agricultural industry: a review. Bioresour Technol 98 (12): 2386-2414.
17. Saraz, J. A. O., M. Arêdes Martins, K. S. Oliveira Rocha, N. Silva Machado, and H. J. Ciro Velasques. 2013. Use of computational fluid dynamics to simulate temperature distribution in broiler houses with negative and positive tunnel type ventilation systems. Revista UDCA Actualidad & Divulgación Científica 16 (1): 159-166.
18. Pedersen, S. 1999. CIGR Handbook of Agricultural Engineering, Volume II Animal Production & Aquacultural Engineering, Part I Livestock Housing and Environment, Chapter 2 Environment for Animals, Part 2.3. 2 Forced Ventilation.
19. Ramponi, R., and B. Blocken. 2012. CFD simulation of cross-ventilation for a generic isolated building: Impact of computational parameters. Building and Environment 53: 34-48.
20. Rojano, A., P. Bournet, P. H. Robin, M. Hassouna, C. Choi, and M. Kacira. 2014. Test of two different schemes through CFD to include heat and mass transfer induced by animals inside a broiler house. Proceedings International Conference of Agricultural Engineering, Zurich.
21. Rojano, F., P. E. Bournet, M. Hassouna, P. Robin, M. Kacira, and C. Y. Choi. 2015. Modelling heat and mass transfer of a broiler house using computational fluid dynamics. Biosystems Engineering 136: 25-38.
22. Seo, I. H., I. B. Lee, O. K. Moon, H. T. Kim, H. S. Hwang, S. W. Hong, J. P. Bitog, J. I. Yoo, K. S. Kwon, Y. H. Kim, and J. W. Han. 2009. Improvement of the ventilation system of a naturally ventilated broiler house in the cold season using computational simulations. Biosystems Engineering 104 (1): 106-117.
23. Simmons, J., B. Lott, and J. May. 1997. Heat loss from broiler chickens subjected to various air speeds and ambient temperatures. Applied Engineering in Agriculture 13 (5): 665-669.
24. Tao, X., and H. Xin. 2003. Temperature-humidity-velocity index for market-size broilers. 2003 ASAE Annual Meeting, American Society of Agricultural and Biological Engineers.
25. Van Ouwerkerk, E., J. Voskamp, and Y. Aliskan. 1994. Climate simulation and validation for an aviary system for laying hens. XII CIGR World Congress and Agency 94 Conference on Agricultural Engineering.
26. Worley, M., and H. Manbeck. 1995. Modeling particle transport and air flow in ceiling inlet ventilation systems. Transactions of the ASAE 38 (1): 231-239.
27. Yahav, S., A. Straschnow, E. Vax, V. Razpakovski, and D. Shinder. 2001. Air velocity alters broiler performance under harsh environmental conditions. Poultry Science 80 (6): 724-726.
28. Zhu, S., P. Liu, N. Yang, J. He, and Z. Ye. 2012. Optimization of local ventilation system for gaseous pollutants removal in broiler house using CFD simulation. 2012 IX International Livestock Environment Symposium (ILES IX), American Society of Agricultural and Biological Engineers.