用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法

1.本发明涉及一种畜禽养殖防疫消毒技术领域，具体地，涉及一种用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法。


背景技术：

2.随着中国猪类养殖业的规模化和集约化发展，单位猪栏内猪只密度增加，猪类各种疫病例如非洲猪瘟，给养猪业带来不可估量的经济损失。养殖过程中，猪舍环境内和猪只体肤表面存在大量病原体，带猪喷雾消毒是猪舍日常消毒的必要环节，是对整个猪舍内部环境包括所有猪只和物品进行一定浓度的消毒液喷洒以实现消毒的目的的操作。猪只表面消毒液沉积密度是反映消毒效果的一个重要指标，现阶段自动喷雾消毒机已逐渐代替传统人工喷雾消毒，但猪只随机移动使得其表面消毒液沉积密度测量困难，消杀效果难以判断。沉积密度过小，区域杀菌效果不理想；沉积密度过大，则对猪只健康产生影响，而且容易引起环境污染，不利于猪舍生态环境。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法，以准确预测喷雾消杀过程中猪只表面的药液沉积密度，有效判断消杀效果。
4.为了实现上述目的，本发明提供一种用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法，其特征在于，所述方法包括：
5.s1、采用3d建模软件solidworks软件，对猪栏、猪舍以及至少一个猪只建立模型；
6.s2、采用ansys workbench软件的geometry模块，通过spaceclaim或designmodeler模块将所述猪栏和所述猪舍分别划分为内部流域和外部流域；
7.s3、采用ansys workbench的mesh模块对所述内部流域和所述外部流域进行网格划分，并对所述内部流域的网格进行加密；
8.s4、采用ansys workbench的fluent模块进行仿真计算求解，得到消毒雾滴颗粒空间轨迹图，速度、压力云图；
9.s5、采用ansys workbench的fluent cfx-post模块进行数据分析、后处理，根据仿真结果计算每个猪只表面药液沉积密度。
10.可选地，步骤s1中建立模型时，根据实际工作环境和精度要求，按照指定比例对所述猪栏、所述猪舍以及至少一个猪只进行建模，其中，对所述猪只进行建模时，对所述猪只的头部和背部利用样条曲线分多段进行草图绘制。
11.可选地，步骤s2包括：
12.将ansys workbench软件中的fluent模块添加到项目原理图中，并将保存的对所述猪栏、所述猪舍以及至少一个猪只建立的模型文件导入所述项目原理图中；
13.采用spaceclaim或designmodeler模块，将模型删除，应用布尔操作切割模型删除后保留的实体部分，得到所述内部流域和所述外部流域，并将所述猪栏的流域命名为
zhulan，将所述猪舍的流域命名为zhushe。
14.可选地，步骤s3包括：
15.在mesh模块中将所述猪舍的流域命名为fluid1，并插入几何体尺寸调整，其中，单元尺寸根据实际建模精度和需求预先设定；
16.选择猪舍一面作为入口，重命名为inlet，并选择相对一面重命名为outlet，将其余流域的面设置为wall，隐藏猪舍代表的几何体，将带猪的猪栏流域重命名为fluid2；
17.选择所有面，插入面尺寸调整，隐藏全部面后得到代表猪只的流域；
18.在模型的几何结构中将猪栏流域隐藏，将zhushe模型的全部面选择全部隐藏，得到猪舍流域和猪栏流域的相交部分，选择所有面插入面尺寸调整，进行网格加密。
19.可选地，步骤s4包括：
20.在fluent模块的瞬态计算模型中添加重力，并选择rng k-ε湍流模型以及simple算法，创建dpm源，输入喷头型号、喷头位置、药液物理特性，并保存dpm源；
21.将fluid2流域设置为网格运动，并控制猪只网格运动；
22.添加网格图、云图和颗粒轨迹图，以分析仿真数据，得到消毒雾滴颗粒空间轨迹图，速度、压力云图。
23.通过上述技术方案，应用3d建模软件solidworks软件、流体动力学软件ansys workbench仿真平台，基于cfd(computational fluid dynamics，即计算流体动力学)进行猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积量预测，本发明所述预测方法可以根据自动喷雾消毒机的喷头种类、位置和药液类型等设定参数，预测喷雾消杀过程中猪只表面的药液沉积密度，有效判断消杀效果。通过将实际消毒喷雾工作过程同步进行仿真环境的开发，应用强大的计算机系统对实际情景进行评估计算，对实际工作过程的可视化仿真及猪只表面消毒药液的沉积密度预测，降低了消毒药液浪费，提高了消毒效率，对喷雾消毒工作的数据信息采集有显著影响，对养猪业的猪类疫病的精准防疫工作效率有显著影响。
附图说明
24.图1是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的流程图。
25.图2是用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的框架图。
26.图3是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的单个猪只的solidworks三维模型图。
27.图4是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的猪栏与猪舍的流域设置图。
28.图5是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的网格划分与加密及其剖视图。
29.图6是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的计算结果的喷雾浓度统计分布图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.图1是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的流程图，如图1所示，该方法可包括步骤s1至步骤s5。
32.s1、采用3d建模软件solidworks软件，对猪栏、猪舍以及至少一个猪只建立模型；
33.s2、采用ansys workbench软件的geometry模块，通过spaceclaim或designmodeler模块将所述猪栏和所述猪舍分别划分为内部流域和外部流域；
34.s3、采用ansys workbench的mesh模块对所述内部流域和所述外部流域进行网格划分，并对所述内部流域的网格进行加密；
35.s4、采用ansys workbench的fluent模块进行仿真计算求解，得到消毒雾滴颗粒空间轨迹图，速度、压力云图；
36.s5、采用ansys workbench的fluent cfx-post模块进行数据分析、后处理，根据仿真结果计算每个猪只表面药液沉积密度。
37.通过上述技术方案，应用3d建模软件solidworks软件、流体动力学软件ansys workbench仿真平台，基于cfd(computational fluid dynamics，即计算流体动力学)进行猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积量预测，本发明所述预测方法可以根据自动喷雾消毒机的喷头种类、位置和药液类型等设定参数，预测喷雾消杀过程中猪只表面的药液沉积密度，有效判断消杀效果。通过将实际消毒喷雾工作过程同步进行仿真环境的开发，应用强大的计算机系统对实际情景进行评估计算，对实际工作过程的可视化仿真及猪只表面消毒药液的沉积密度预测，降低了消毒药液浪费，提高了消毒效率，对喷雾消毒工作的数据信息采集有显著影响，对养猪业的猪类疫病的精准防疫工作效率有显著影响。
38.图2是用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的框架图，如图2所示，用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法主要包括solidworks建立模型，ansys workbench软件geometry模块建立流域、设定流域；mesh模块网格划分；fluent模块仿真计算求解；fluent cfx-post模块数据分析、后处理。
39.可选地，步骤s1中建立模型时，根据实际工作环境和精度要求，按照指定比例对所述猪栏、所述猪舍以及至少一个猪只进行建模，其中，对所述猪只进行建模时，对所述猪只的头部和背部利用样条曲线分多段进行草图绘制。
40.图3是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的单个猪只的solidworks三维模型图。对猪只建模时，对主要部分即猪的头部和背部绘制草图时，依据实际需要采样统计要求利用样条曲线分多段进行绘制，便于在绘制网格时，对不同的部分进行命名和在后处理分析、统计时根据实际统计所需要的部分的数据。同时对例如眼睛、耳朵等影响较小的部分建模可以忽略。建立好的猪只模型保存成step格式。
41.可选地，步骤s2包括：
42.将ansys workbench软件中的fluent模块添加到项目原理图中，并将保存的对所述猪栏、所述猪舍以及至少一个猪只建立的模型文件导入所述项目原理图中；
43.采用spaceclaim或designmodeler模块，将模型删除，应用布尔操作切割模型删除后保留的实体部分，得到所述内部流域和所述外部流域，并将所述猪栏的流域命名为zhulan，将所述猪舍的流域命名为zhushe。
44.图4是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的猪栏与猪舍的流域设置图。打开anysyworkbench软件后，将fluent模块添加到项目原理图中，将保存好的step文件导入其中。可以选择使用spaceclaim或designmodeler模块，本发明介绍使用spaceclaim模块。打开spaceclaim后，将模型删除，只保留实体部分。应用布尔操作切割实体，只保留需要的流域部分，猪栏代表的区域命名为zhulan，猪舍代表的流域命名为zhushe。
45.可选地，步骤s3包括：
46.在mesh模块中将所述猪舍的流域命名为fluid1，并插入几何体尺寸调整，其中，单元尺寸根据实际建模精度和需求预先设定；
47.选择猪舍一面作为入口，重命名为inlet，并选择相对一面重命名为outlet，将其余流域的面设置为wall，隐藏猪舍代表的几何体，将带猪的猪栏流域重命名为fluid2；
48.选择所有面，插入面尺寸调整，隐藏全部面后得到代表猪只的流域；
49.在模型的几何结构中将猪栏流域隐藏，将zhushe模型的全部面选择全部隐藏，得到猪舍流域和猪栏流域的相交部分，选择所有面插入面尺寸调整，进行网格加密。
50.图5是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的网格划分与加密及其剖视图。打开mesh模块，创建命名选择，将猪舍代表流域命名为fluid1。插入几何体尺寸调整，单元尺寸根据实际建模精度和需求设定。选择猪舍一面作为入口，重命名为inlet，选择相对一面重命名为outlet，将其余流域的面设置为wall。隐藏猪舍代表的几何体，将带猪的猪栏代表流域重命名为fluid2。选择所有面，插入面尺寸调整，单元尺寸根据实际建模精度和需求设定。隐藏全部面后显示的是所有代表猪只的流域。将已经分好部分的面分别重命名为zhu1-wall，zhu2-wall，zhu3-wall
······
。在“模型”中的“几何结构”中将“猪栏”流域隐藏，将zhushe模型的全部面选择全部隐藏，此时显示的是猪舍流域和猪栏流域的相交部分，选择所有面插入面尺寸调整，进行网格加密，以便在仿真计算中更好的求解。单元尺寸根据实际建模精度和需求设定。再根据需要进行其他面或体的尺寸调整。生成网格后，检查网格质量，最后更新网格使网格成功移入fluent组件。
51.可选地，步骤s4包括：
52.在fluent模块的瞬态计算模型中添加重力，并选择rng k-ε湍流模型以及simple算法，创建dpm源，输入喷头型号、喷头位置、药液物理特性，并保存dpm源；
53.将fluid2流域设置为网格运动，并控制猪只网格运动；
54.添加网格图、云图和颗粒轨迹图，以分析仿真数据，得到消毒雾滴颗粒空间轨迹图，速度、压力云图。
55.图6是示例性示出的用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法的计算结果的喷雾浓度统计分布图。打开fluent模块，选择瞬态计算模型，添加重力。选择rng k-ε湍流模型，选择simple算法。打开dpm模型，创建dpm源，填入喷头型号及位置和药液物理特性等参数，保存已创建的dpm源。将fluid2设置为网格运动，设置相应参数控制猪只网格运动，也可以添加udf(区域运动函数)控制网格运动。将所有壁面的边界条件中“dpm模型”设置为“trap”。初始化计算模型，打开报告中的采样功能，根据实际需要打开需要的部分的喷雾数据的统计功能。添加网格图，云图，颗粒轨迹图等图形工具和仿真过程动画回放以便分析仿真数据。绘图工具中可以查看药液沉积密度，生成的dpm文件用excel打开可以查看
数据，例如药液颗粒质量，颗粒直径diameter等。
56.用于猪舍消毒喷雾机的猪只表面药液沉积密度预测方法实现了应用3d建模软件solidworks软件、流体动力学软件ansys workbench仿真平台对实际工作过程的可视化仿真及猪只表面消毒药液的沉积密度预测，降低了消毒药液浪费，提高了消毒效率，对喷雾消毒工作的数据信息采集有显著影响，对养猪业的猪类疫病的精准防疫工作效率有显著影响。
57.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。