作者单位：浙江大学农业生物环境工程研讨所，农业乡村部设备农业配备与信息化要点试验室，浙江省农业智能配备与机器人要点试验室
最近，多层猪舍的集约化畜牧出产引起了广泛的重视。而这种集约化的多层猪舍所排放的污染物给当地环境带来了新的应战。为了比较多层猪舍和单层猪舍排放空气污染物（如氨气）的分散状况，本文依据核算流体力学三维模型模仿研讨了氨气的分散间隔和浓度梯度，首要研讨夏日1.5 m高度（近似人体吸入的高度）的风速、风向和排放源浓度的影响。依据成果得出，在Z= 1.5 m平面上，多层猪舍的氨气分散间隔远大于单层猪舍。当风向为67.5°、风速为2 m·s‒1、排放源浓度为20 ppmv时，多层猪舍的分散间隔可达1380 m。依据本研讨中模仿的源浓度为20 ppmv，为防止对居民形成影响，多层养猪场应设置在间隔居民区1.4 km的当地。本研讨的成果对未来多层猪舍的开展具有辅导意义。
2021年，我国肉类消费总量挨近1亿吨，占全球总量的27%。我国畜牧业的规范出产形式跟不上日渐添加的肉类供给需求。跟着工业的集约化，集约化的畜牧出产设备数量逐步添加。多层猪舍在我国的运用十分敏捷，而且没有对潜在的环境影响进行具体的研讨，例如空气污染物的分散。
氨气是畜牧出产相关的标志性污染物。氨气的分散会对环境空气质量发生负面影响，从而添加人类呼吸道疾病的发病率。因而，有必要研讨多层猪舍的氨气分散状况，为其日益广泛的选用供给辅导。但是，修建物上方大气边界层中的气流自身就很杂乱。核算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）办法在核算域中的每一点上都能供给杂乱几许形状修建物周围若干参数（如风速、温度、湿度和浓度）的散布信息，是研讨多层和单层修建物中污染物分散状况的一种既经济又有出路的东西。
因而，本研讨旨在以氨气为方针气体，依据有代表性的多层和单层猪舍的实践尺度进行三维CFD模仿。因为夏日通风率和潜在分散间隔添加，因而模仿针对夏日进行。本研讨的意图首要是经过使用CFD模型：（1）研讨有代表性的多层和单层猪舍之间的氨气分散差异；（2）评价风向、风速和氨气排放源浓度对氨气分散的影响；（3）剖析多层猪舍的氨气分散间隔。
本研讨选用风洞丈量做验证，几许模型如图1所示。纯氦气体作为示踪气体从圆形中心房顶的通风口开释。依据试验成果进行CFD模仿，并将模仿的速度和纯氦浓度与试验成果进行了比较。选用了可完成的k−ε湍流模型和可扩展的壁面函数，本文终究选用了中等网格。
所选的多层猪舍修建的长、宽、高分别为118 m、62 m和21 m。结合实践尺度将大楼简化为一个长方体。依据验证仿真中网格离散化的经历，将多层和单层猪舍的核算域离散为非结构化四面体网格。以风向为67.5°的核算域为例，网格细节如图2所示。
图2 (a)多层猪舍核算域的三种不同核算域的网格离散化；(b) 多层猪舍；(c) 核算域。
如图3所示，模仿成果与经历数据根本符合。但在图3 (b) 近地上逆流中，模仿的负速度大于试验的负速度。
图3 速度的模仿成果和试验成果：(a) 立方体顶面（X/Hb= 0）中心线上；(b) 立方体后边（X/Hb= 1）中心线所示，最低的氨气浓度为1.5 ppmv，多层猪舍（图4 (a)）和单层猪舍（图4 (b)）模仿的最高氨气浓度分别为7.68 ppmv和19.3 ppmv。虽然排放源的浓度为20 ppmv，但多层猪舍的排放源间隔地上21 m，从而在西侧堆场1.5 m高度的氨气浓度仅为7.68 ppmv。
，排放源的氨气浓度为20 ppmv时，氨气浓度（ppmv）在Z= 1.5 m平面上的散布：(a) 多层猪舍；(b) 单层猪舍。
如图5 (a) 所示，西侧宅院的氨气浓度高于修建物周围区域，这在某种程度上预示着在多层猪舍中氨气会在宅院中堆集。如图5 (b) 所示，这两个堆场有几率存在漩涡，因而氨气不简单随风散失。
‒1时，风向为67.5°的分散间隔为1.38 km，是三个风向中最远的。但是，风向为90°和135°时的分散间隔分别为1.35 km和1.32 km，与1.38 km比较仅仅稍短一些。氨气的分散间隔跟着排放源浓度的下降而显着减小。表1不同风向、风速和排放源浓度下的氨气分散间隔
本研讨依据成果得出：在Z= 1.5 m处，多层猪舍的氨气分散间隔远大于单层猪舍，且氨气能够在多层猪舍的宅院内堆集；在不同风向下，氨气均沿优势风向分散，但风向对分散间隔的影响不明显。氨气浓度和分散间隔随风速的增大而减小，但风速越高越简单引起宅院内氨气的堆集。跟着排放源浓度的下降，氨气浓度和分散间隔明显减小，排放源浓度的下降能够明显减小分散间隔。假如氨气源浓度控制在20 ppmv以下，则多层养猪场应坐落间隔居民区至少1.4 km的当地，以保证当地居民不受氨气滋味的影响。