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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:沈詠家
研究生(外文):Yung-Jia Shen
論文名稱:利用CFD及反應曲面法進行水禽種蛋孵化機最佳化模擬設計之研究
論文名稱(外文):利用CFD及反應曲面法進行水禽種蛋孵化機最佳化模擬設計之研究
指導教授:洪滉祐張烔堡
指導教授(外文):Huaang-Youh HurngTong-Bou Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立嘉義大學
系所名稱:生物機電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:水禽種蛋孵化機自動灑水流場
外文關鍵詞:waterfowl breeding eggsincubatorautomatic wateringflow field
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為降低水禽種蛋所需人工與生物安全防治風險,本實驗室研製水禽自動涼蛋孵化機,使用預熱預溼前控式熱力系統的概念,並增加自動灑水涼蛋系統、台車式蛋架、氣壓式轉卵系統及監控系統。前控式熱力系統預先將空氣加溫加溼至孵化所需環境後導入孵化室進行孵化試驗,試驗結果顯示,本研究研製的自動涼蛋孵化機孵化環境的均勻性優於傳統式孵化機。監控系統能穩定控制溫度、溼度與二氧化碳濃度三項孵化參數的變動量,結合自動灑水涼蛋系統進行孵化作業能大量降低灑水涼蛋所需人力與生物安全防治風險。試驗中使用計算流體力學模擬軟體(CFD)進行變動擾流風速的模擬,再以溫度為響應的前提下,進行反應曲面法最佳化設計。結果顯示將3個擾流風速從4.25 m/s、3.50 m/s、4.63 m/s更改為2.71m/s、5 .00m/s、3.50 m/s,孵化室內溫度之標準差由0.21°C降至0.17°C,孵化室內溼度之標準差由3.49%降至0.94%,孵化室內的均勻性提高。
In order to reduce the required manpower and biosecurity control risk for waterfowl breeding eggs, our team developed waterfowl automatic eggs cooling incubator which using the concept of pre-heating and pre-wetting type front control thermal system and add the automatic watering eggs cooling system, trolley egg rack, pneumatic eggs overturning system and monitoring system. The front control thermal system preheats and pre-wet the air to the required environment for hatching and import into incubator for the hatching test. The test results show that the hatching environment uniformity of automatic eggs cooling incubator developed by this study is better than the traditional incubator’s environment. The monitoring system can stable control the variation for three hatching parameters of temperature, humidity and carbon dioxide concentration. Besides the combination of automatic watering eggs cooling system for hatching process can significantly reduce the required manpower for watering eggs cooling and biosecurity control risk, the average hatching ratio is 82.06% that can satisfy the requirement of general professional goose breeding eggs incubator. The test using computational fluid dynamics simulation software (CFD) to simulate the variable turbulent wind speed. On the premise of using temperature as the respondence to conduct the optimization design of response surface methodology. The results shows that the incubator temperature standard deviation decreased from 0.21°C to 0.17°C and humidity standard deviation decreased from 3.49% to 0.94% when three turbulent wind speed changed from 4.25 m/s, 3.50 m/s and 4.63 m/s to 2 .00m/s, 5 .00m/s and 3.81 m/s. There is a further increase for the uniformity of the temperature field.
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號彙編 XI
第一章 前言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 4
1.3 研究目的 4
1.4 名詞定義 4
第二章 文獻探討 6
2.1 孵化溼度 6
2.2 孵化溫度 11
2.3 孵化機內流場對於孵化率的影響 18
第三章 材料與方法 20
3.1自動涼蛋孵化機 20
3.2 CFD模擬 24
3.2.1 CFD模型建立 25
3.2.2 邊界值設定 26
3.2.3格點測試 32
3.3反應曲面法 34
3.3.1 反應曲面法試驗設計 34
3.3.2 量測項目及分析方法 37
第四章 結果與討論 38
4.1 CFD模型驗證 38
4.1.1實際孵化機結果 38
4.1.2 CFD模型模擬結果 39
4.3 擾流風扇對於流場之影響 40
4.4最佳化設計結果 60
第五章 結論與建議 69
5.1結論 69
5.1.1擾流風扇控制策略對於孵化室之影響 69
5.1.2反應曲面法最佳化分析結果 70
5.2 建議 70
參考文獻 72 
表目錄
表2-1 鵝種蛋孵化試驗之溼度設定值(藍,2013) 9
表2-2 鵝蛋孵化試驗之孵化溼度設定參數 10
表2-3鵝種蛋對應室溫之孵化溫度表(張,2004) 13
表2-4鵝種蛋對應各種蛋類之孵化溫度表(董等,2008) 14
表2-5試驗之3組溫度設定值與其孵化率表(楊等,2006) 15
表2-6 鵝蛋孵化試驗之對應不同大氣環境所做的鵝種蛋孵化溫度設定表(藍,2013) 17
表2-7自動孵化機孵化室內產生中止蛋之數量統計及位置分布表(何,2014) 19
表3-1 CFD模型邊界值條件 32
表3-2 格點測試結果表 33
表3-3反應曲面法試驗次序表 36
表4-1擾流風扇控制策略表 41
表4-2 八種擾流風扇控制策略溫度及溼度標準差 60
表4-3 第一次試驗分析結果 62
表4-4 第二次試驗分析結果 65
圖目錄
圖1-1 國內水禽種類示意圖(A.白羅曼鵝;B. 改鴨;C. 菜鴨) 1
圖3-1自動涼蛋孵化機轉卵使用之氣壓缸圖(藍,2013) 23
圖3-2自動涼蛋孵化機氣壓缸作動進行圖(藍,2013) 23
圖3-3 自動涼蛋孵化機架構及感測器設置位置圖(藍,2013) 24
圖3-4自動涼蛋孵化機CAD模型上視圖與右視圖 26
圖3-5自動涼蛋孵化機CAD模型前視圖與等角視圖 26
圖3-6自動涼蛋孵化元件代號標示圖 31
圖3-7網格大小與格點數關係圖 33
圖4-1 孵化機內3組感測器個別溫度變化曲線圖(藍,2013) 38
圖4-2 原始設定之CFD模擬結果溫度場圖 39
圖4-3 CFD取樣面標示圖 42
圖4-4 單開上層風扇之平面3 CFD溫度模擬結果 43
圖4-5 單開上層風扇之平面3 CFD溼擬結果 43
圖4-6 單開上層風扇之平面4 CFD溫度模擬結果 44
圖4-7 單開上層風扇之平面4CFD溼度模擬結果 44
圖4-8 單開中層風扇之平面3CFD溫度模擬結果 45
圖4-9 單開中層風扇之平面3CFD溼度模擬結果 45
圖4-10 單開中層風扇之平面4CFD溫度模擬結果 46
圖4-11 單開中層風扇之平面4CFD溼度模擬結果 46
圖4-12 單開下層風扇之平面3 CFD溫度模擬結果 47
圖4-13 單開下層風扇之平面3CFD溼度模擬結果 48
圖4-14 單開下層風扇之平面4 CFD溫度模擬結果 48
圖4-15 單開下層風扇之平面4 CFD溼度模擬結果 49
圖4-16 開上中層風扇之平面3CFD溫度模擬結果 50
圖4-17 開上中層風扇之平面3CFD溼度模擬結果 50
圖4-18 開上中層風扇之平面4CFD溫度模擬結果 51
圖4-19 開上中層風扇之平面4CFD溼度模擬結果 51
圖4-20 開上層下層風扇之平面3CFD溫度模擬結果 52
圖4-21 開上層下層風扇之平面3CFD溼度模擬結果 52
圖4-22 開上層下層風扇之平面4CFD溫度模擬結果 53
圖4-23 開上層下層風扇之平面4CFD溼度模擬結果 53
圖4-24 開中層下層風扇之平面3CFD溫度模擬結果 54
圖4-25 開上層下層風扇之平面3CFD溼度模擬結果 54
圖4-26 開中層下層風扇之平面4CFD溫度模擬結果 55
圖4-27 開中層下層風扇之平面4CFD溼度模擬結果 55
圖4-28 風扇全關之平面3CFD溫度模擬結果 56
圖4-29 風扇全關之平面3CFD溼度模擬結果 56
圖4-30 風扇全關之平面4CFD溫度模擬結果 57
圖4-31 風扇全關之平面4CFD溼度模擬結果 57
圖4-32 風扇全開之平面3CFD溫度模擬結果 58
圖4-33 風扇全開之平面3CFD溼度模擬結果 58
圖4-34 風扇全開之平面4CFD溫度模擬結果 59
圖4-35 風扇全開之平面3CFD溼模擬結果 59
圖4-36 第一次試驗溫度標準差反應曲面圖 63
圖4-37 第一次試驗溼度標準差反應曲面圖 63
圖4-38 第二次試驗溫度標準差反應曲面圖 66
圖4-39 第二次試驗溼度標準差反應曲面圖 66
圖4-40 反應曲面法之CFD模擬溫度場結果 67
圖4-41 反應曲面法之CFD模擬溼度場結果 68
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