农业机械学报

作者：王昱，牟剑，曾志雄，吕恩利，刘喜佳，涂彬

单位：华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,

关键词：猪舍;废气净化;拓扑优化设计;填料;周期结构

基金：国家自然科学基金项目（51705161、31971806）、国家重点研发计划项目（2016YFD0701100）和广州市基础研究计划基础与应用基础研究项目（202102020870）

针对猪舍废气净化系统的填料结构，提出同时考虑结构机械性能与净化空间需求进行填料结构设计。将填料结构视为一种周期性结构，基于逆向均匀化方法和参数化水平集方法相结合的多目标拓扑优化方法，对周期性结构的单胞拓扑结构进行优化。以填料结构的最大等效体积模量和最大等效渗透率为优化目标，以等效孔隙率为约束条件，通过Hashin-Shtrikman属性边界得到等效体积模量及等效渗透率的极值，运用帕累托优化法求得满足多目标条件的帕累托最优解。根据帕累托最优解设计了不同孔隙率的填料结构构型，并通过试验验证填料结构设计方法的可行性与正确性。试验表明，填料结构前后端压力差与填料结构孔隙率成反比，与前端风速成正比；当填料结构孔隙率分别为80%、85%和90%时，稳定后平均除氨效率分别为66%、62%和58%。本研究可为猪场废气净化系统填料结构设计提供参考，可根据不同猪舍对风阻与净化效率的实际要求选择填料结构。

来源：2021年第7期

《农业机械学报》期刊编辑部

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