Development and validation of CFD model for compost barn with artificial ventilation

Abstract

Computer simulation can provide reliable information about fluid flow behavior, including ventilation, in animal production systems. The ventilation system is essential for thermal conditioning, as it favors animal comfort and enhance productivity. The objective of this study was to develop and validate a CFD (Computational Fluid Dynamics) model to analyze the ventilation system in a compost barn. A mesh with greater refinement was used near the air inlet and outlet and the floor, that is, in these regions the mesh number of cells was larger, which makes a denser mesh. For the validation, data on air velocity were collected in the barn to compare with the results of the simulation. Dead zones of ventilation were identified in the barn, there was an increase in the average air velocity at the air outlet, and temperatures and air velocity were found below the optimal recommended by the literature. However, the adjusted model showed good fit with the values measured, indicating that is a good tool to predict the behavior of air velocity. In addition, the detection of ventilation dead zones inside the barn demonstrates the need for a supplementary ventilation system.

A simulação computacional pode fornecer informações confiáveis sobre o comportamento do escoamento de fluidos, incluindo a ventilação nos sistemas de produção animal. O sistema de ventilação é primordial para o acondicionamento térmico, pois favorece o conforto dos animais, beneficiando assim a produtividade.Objetivou-se desenvolver e validar um modelo CFD (Computational Fluid Dynamics) para analisar o sistema de ventilação no interior de um galpão compost barn. Foi utilizada uma malha com maior refinamento próximo à entrada e saída de ar e no piso, ou seja, nessas regiões o número de células que a malha apresentou foi maior, sendo assim uma malha mais densa. Para a validação, foram coletados dados de velocidade do ar no interior do galpão, para comparação com os resultados obtidos na simulação. Foi identificado a presença de zonas mortas de ventilação no interior do galpão, houve acréscimo da velocidade média do ar na saída de ar e os valores de temperatura e velocidade do ar se apresentam abaixo do ideal preconizado pela literatura. Contudo, o modelo ajustado mostrou boa concordância com os valores medidos, sendo uma boa ferramenta para predizer o comportamento da velocidade do ar. E a identificação de zonas mortas de ventilação no interior da instalação aponta a necessidade de um sistema de ventilação suplementar.