緩解奶牛熱應(yīng)激的噴淋水滴粒徑研究

丁 濤 孫寶璽,2 施正香,3 王宗倫,2 姚春霞,2 張馳也,2

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 北京 100083; 2.北京市供水管網(wǎng)與安全節(jié)能中心， 北京 100083; 3.農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083)

緩解奶牛熱應(yīng)激的噴淋水滴粒徑研究

丁 濤1孫寶璽1,2施正香1,3王宗倫1,2姚春霞1,2張馳也1,2

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 北京 100083; 2.北京市供水管網(wǎng)與安全節(jié)能中心， 北京 100083; 3.農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083)

為探討夏季緩解奶牛熱應(yīng)激噴淋水滴粒徑對降溫效果的影響，通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測試了3種平均噴淋水滴粒徑(0.829、0.947、1.127 mm)緩解奶牛熱應(yīng)激效果。實(shí)驗(yàn)中利用熱像儀采集奶牛體表溫度，同時(shí)測定呼吸頻率、直腸溫度生理指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上利用Merkel焓差理論分析計(jì)算奶牛噴淋降溫?fù)Q熱量。結(jié)果表明，噴淋過程中，3種粒徑(0.829、0.947、1.127 mm)在奶牛脖頸區(qū)域平均降溫為0.7、1.1、0.9℃，腹部區(qū)域平均降溫為0.7、1.4、1.5℃，平均呼吸頻率分別降低0.6、4.2、2.1次/min；噴淋結(jié)束后，3種粒徑在奶牛脖頸區(qū)域平均降溫為0.2、0.4、0.6℃，腹部區(qū)域平均降溫為0.1、0.5、0.6℃，平均呼吸頻率降低-0.4、1.4、1.2次/min。噴淋前后奶牛直腸溫度均控制在穩(wěn)定范圍內(nèi)，且平均噴淋水滴粒徑0.947 mm和1.127 mm低于0.829 mm時(shí)的奶牛平均直腸溫度。3種平均噴淋水滴粒徑對應(yīng)的奶牛單位時(shí)間換熱量分別為417.4、469.9、430.4 W，其中0.947 mm平均噴淋水滴粒徑下?lián)Q熱量最大。因此，平均噴淋水滴粒徑0.947 mm更適用于夏季奶牛噴淋降溫。

奶牛; 噴淋水滴粒徑; 熱應(yīng)激

引言

夏季高溫是導(dǎo)致奶牛熱應(yīng)激的直接因素。熱應(yīng)激狀態(tài)會(huì)使奶牛采食量下降、呼吸頻率和心率增加，產(chǎn)奶量降低，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致奶牛死亡[1-4]。在多種降溫方式中，噴淋降溫被認(rèn)為是降溫效果最直接、明顯的方式之一[5]，在養(yǎng)殖場得到廣泛的應(yīng)用。

國內(nèi)外學(xué)者在噴淋降溫緩解奶牛方面做了大量研究，首先，有學(xué)者針對噴淋降溫系統(tǒng)中噴嘴組合方案、噴嘴優(yōu)化選擇和噴淋水滴特性等方面進(jìn)行研究[6-9]；其次有學(xué)者針對噴淋時(shí)長、間隔時(shí)間對降溫效果的影響進(jìn)行了試驗(yàn)評估[10]；蔡景義等[11]和劉海林等[12]分別從呼吸頻率、直腸溫度、心率、產(chǎn)奶量、血液指標(biāo)不同角度來衡量噴淋通風(fēng)方式對緩解奶牛熱應(yīng)激的效果；此外，在噴霧降溫方式中吳武平等[13]和丁露雨等[14]對肉牛的直腸溫度、呼吸頻率和日增產(chǎn)量進(jìn)行了測定。但目前噴淋降溫研究還未涉及噴淋現(xiàn)場奶牛換熱量和平均噴淋水滴粒徑對緩解熱應(yīng)激的效果分析。

針對以上問題，本文通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測試研究奶牛噴淋降溫的效果。選取3種平均噴淋水滴粒徑性能良好的噴頭(日本池內(nèi)9060、9080、90100)[9]，利用熱像儀記錄奶牛體表溫度，溫濕度記錄儀、風(fēng)速儀分別記錄測試環(huán)境溫濕度和風(fēng)速，基于焓差理論計(jì)算噴淋條件下的奶牛體表和周圍空氣之間的換熱量，建立平均噴淋水滴粒徑與噴淋前、后奶牛呼吸頻率、體表溫度、直腸溫度和換熱量之間的關(guān)系，明確平均噴淋水滴粒徑對奶牛熱應(yīng)激緩解效果的影響，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與實(shí)驗(yàn)測試方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)及對象

2016年7月1日—7月31日在天津市神馳農(nóng)牧發(fā)展有限公司奶牛養(yǎng)殖場進(jìn)行。奶牛舍為開放式成年泌乳牛舍，南北走向，左右兩側(cè)為對稱布局。牛舍長度171 m，單跨5.9 m，共計(jì)29跨，單側(cè)寬度為13 m。舍內(nèi)風(fēng)機(jī)為新型擴(kuò)散器擾流風(fēng)機(jī)[15]，額定電壓380 V，額定功率0.4 kW，額定轉(zhuǎn)速700 r/min。頸枷位置風(fēng)機(jī)均勻布置，相鄰風(fēng)機(jī)間距12 m。風(fēng)機(jī)工作時(shí)間為08:00—17:00。奶牛舍整體布置如圖1所示。

圖1 奶牛舍平面及立面示意圖Fig.1 Plan view and facade view diagrams of cow barn

圖2 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測試Fig.2 Photos of experiment

1.2 實(shí)驗(yàn)測試方法

牛舍呈對稱分布，實(shí)驗(yàn)測試中選取奶牛舍右側(cè)作為研究區(qū)域(圖2a所示)，將該區(qū)域內(nèi)的噴淋設(shè)備更換為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測試研究的日本池內(nèi)9060、9080、90100型號(hào)的噴頭(圖2b所示)。噴頭位于頸枷上方0.3 m處，串聯(lián)于供水管路中。相鄰噴頭間距1.2 m(圖1所示)?，F(xiàn)場噴淋管路壓力為0.1 MPa，經(jīng)LPM激光雨滴譜儀測得在0.1 MPa下3種噴頭的平均噴淋水滴粒徑分別為：0.829、0.947、1.127 mm[16]。奶牛舍噴淋制度為噴淋2 min，間歇7 min，周期性循環(huán)。實(shí)驗(yàn)測試中采用3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)：噴淋前，即噴淋開始前3 min；噴淋時(shí)，即噴淋期間；噴淋后，即噴淋結(jié)束后3 min。

1.2.1風(fēng)速測試方法

利用熱線式風(fēng)速儀測定測試區(qū)域風(fēng)速，每5 s讀取一次數(shù)值，讀取10次取平均值作為測定位置的風(fēng)速值。

1.2.2生理指標(biāo)測試方法

生理指標(biāo)包括奶牛體表溫度、直腸溫度和呼吸頻率。測試期間，每次測定1頭奶牛在噴淋前、噴淋時(shí)、噴淋后3個(gè)時(shí)刻的生理指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)測試由3人同時(shí)進(jìn)行，分別負(fù)責(zé)測定同一時(shí)刻的奶牛體表溫度、直腸溫度、呼吸頻率。實(shí)驗(yàn)過程中為防止因奶牛走動(dòng)而對采集數(shù)據(jù)造成影響，開啟頸枷鎖，將奶牛限制于噴淋測試區(qū)域。數(shù)據(jù)采集之后結(jié)束對該奶牛的測試，選取另一頭奶牛作為下一個(gè)測試對象，同一平均噴淋水滴粒徑下隨機(jī)測定30頭奶牛。更換不同噴頭后，重復(fù)上述測定，在不同平均噴淋水滴粒徑、不同噴淋時(shí)刻下測試奶牛的生理指標(biāo)。在噴淋前、噴淋時(shí)和噴淋后這3個(gè)時(shí)刻分別利用秒表記錄奶牛的腹部起伏次數(shù)作為呼吸頻率[17]；用熱像儀(型號(hào)S6，上海熱像機(jī)電科技股份有限公司，測溫范圍為-20～650℃，熱像儀測試數(shù)據(jù)顯示至0.1℃，測量精度為±2%)記錄噴淋過程中奶牛體表溫度紅外成像分布圖；利用電子直腸溫度計(jì)(K-028 SY型，莆田市科麗電子有限公司，精度為±0.1℃,范圍為32～42.9℃)測量奶牛直腸溫度。

1.2.3環(huán)境指標(biāo)測試方法

環(huán)境指標(biāo)包括溫度、濕度。溫濕度記錄儀(型號(hào)U14-001，北京天諾基業(yè)科技有限公司，溫度精度±0.2℃，濕度精度±2.5%)布置于頸枷上方，用于記錄實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境的溫度和濕度。

2 計(jì)算方法

2.1 體表溫度測試方法

由于奶牛體表各個(gè)區(qū)域?qū)囟茸兓舾谐潭炔煌?，利用熱像儀將記錄的溫度成像圖分為2個(gè)區(qū)域：脖頸區(qū)域和腹部區(qū)域(如圖3所示)。在脖頸區(qū)域平均選取6個(gè)點(diǎn)位，取其平均值作為脖頸處的溫度；同樣在腹部區(qū)域平均選取12個(gè)點(diǎn)位，取其平均值作為腹部處的溫度。同一時(shí)刻同一區(qū)域拍攝記錄4次，最后取其平均值作為最終溫度結(jié)果。

圖3 體表溫度點(diǎn)位布置圖Fig.3 Layout points of skin temperature

2.2 換熱量計(jì)算方法

利用換熱量衡量奶牛降溫效果以及緩解熱應(yīng)激程度。奶牛體內(nèi)的熱量Q通過導(dǎo)熱方式傳導(dǎo)到奶牛表皮層，經(jīng)過空氣和奶牛體表水膜之間的對流換熱將熱量傳遞到空氣中，達(dá)到緩解奶牛熱應(yīng)激的效果。熱交換過程中包含了導(dǎo)熱、對流傳熱和傳質(zhì)過程。

相關(guān)學(xué)者通過分析整個(gè)傳熱傳質(zhì)過程來確定對流換熱量與蒸發(fā)換熱量的數(shù)值[18-20]，但是這些計(jì)算公式中物理量取值要依賴個(gè)體情況，以及迭代計(jì)算造成的復(fù)雜性，使得公式應(yīng)用具有一定的局限性。本文采用Merkel焓差計(jì)算公式，將換熱過程從能量焓角度進(jìn)行整體計(jì)算，簡化計(jì)算過程，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測試所需的物理量容易測量，可行性高，適用于實(shí)際應(yīng)用。計(jì)算公式推導(dǎo)過程如下[21]：

單位時(shí)間內(nèi)水與空氣的顯熱交換量

dQα=α(t-θ)dF

(1)

單位時(shí)間內(nèi)水與空氣的潛熱交換量

dQβ=γwβx(x″-x)dF

(2)

水和空氣的總換熱量為

dQ=dQα+dQβ=[α(t-θ)+γwβx(x″-x)]dF

(3)

式中α——空氣與水表面的接觸散熱系數(shù)，℃t——水體表面飽和空氣邊界層溫度，℃θ——主體空氣干球溫度，℃γw——水的汽化潛熱，kJ/kgβx——以含濕量差為基準(zhǔn)的空氣與水表面間的散質(zhì)系數(shù)，kg/(m3·s)

x″——飽和空氣邊界層水蒸氣質(zhì)量比，kg/kg

x——主體空氣層中的水蒸氣質(zhì)量比，kg/kg

dF——空氣與水體的接觸面積，m2

根據(jù)劉易斯關(guān)系式，在空氣與水的熱質(zhì)交換中，其顯熱交換系數(shù)與潛熱交換系數(shù)之比為一常數(shù)，即βx=α/cp(其中cp為濕空氣的比熱容)。將水的汽化潛熱用水蒸氣的焓值代替，同時(shí)濕空氣的比熱容用1.01+1.84x″代替，有

dQ=βx[(1.01+1.84x″)(t-θ)+

(2 500+1.84θ)(x″-x)]dF=βx(i″-i)dF

(4)

式中i″——水體表面飽和空氣邊界層空氣的焓值，kJ/kg

i——主體空氣層空氣的焓值，kJ/kg

3 結(jié)果與分析

在每種噴淋水滴粒徑下，實(shí)驗(yàn)測試30頭奶牛的生理指標(biāo)和換熱量并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS軟件分析各因素?cái)?shù)據(jù)之間的顯著性差異[22]。

3.1 奶牛體表溫度

利用熱像儀采集奶牛體表溫度，結(jié)果如圖4所示。圖中按照體表溫度布置圖選取溫度代表點(diǎn)。

奶牛體表溫度變化情況如表1所示。奶牛脖頸區(qū)域和腹部區(qū)域中，噴淋時(shí)刻的降溫效果顯著，3種平均噴淋水滴粒徑下降溫范圍在0.7～1.5℃之間；待噴淋結(jié)束一段時(shí)間后，體表溫度開始回升，但仍然低于噴淋前的溫度，降溫效果延續(xù)，降溫區(qū)間在0.1～0.6℃之間。

實(shí)驗(yàn)選用成年泌乳牛，近似認(rèn)為實(shí)驗(yàn)個(gè)體間生理狀況相同，不存在因?yàn)閭€(gè)體差異而導(dǎo)致結(jié)果發(fā)生改變的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)測試表明對于奶牛脖頸區(qū)域和腹部區(qū)域，大粒徑0.947 mm、1.127 mm平均噴淋水滴粒徑下比0.829 mm平均噴淋水滴粒徑下降溫更大，降溫效果更加明顯；但0.947 mm和1.127 mm平均噴淋水滴粒徑之間降溫效果相近，并不存在顯著性差異。所以降溫效果存在一定范圍之內(nèi)隨平均噴淋水滴粒徑增大而降溫效果增加的現(xiàn)象，而超過該范圍，降溫效果并不存在顯著性差異，即平均噴淋水滴粒徑增大的情況下并未有顯著的降溫效果差異。表中溫差Ⅰ為噴淋前溫度與噴淋時(shí)溫度之差；溫差Ⅱ?yàn)閲娏芮皽囟扰c噴淋后溫度之差。

圖4 奶牛體表溫度圖Fig.4 Images of dairy cow skin temperature

區(qū)域粒徑/mm噴淋前溫度/℃噴淋時(shí)溫度/℃噴淋后溫度/℃溫差Ⅰ/℃溫差Ⅱ/℃0.82935.6±0.5a34.9±0.7a35.4±0.7a0.7±0.5a0.2±0.6a脖頸0.94736.0±1.0a35.0±1.0a35.7±0.8a1.1±0.8a0.4±0.7a1.12735.5±0.7a34.6±0.5a34.9±0.5a0.9±0.8a0.6±0.8a0.82935.7±0.8a35.0±0.9a35.6±0.8a0.7±0.5a0.1±0.6a腹部0.94736.2±1.0a34.9±0.8a35.8±0.8a1.4±0.8b0.5±0.7a1.12735.6±0.9a34.0±0.7a35.0±0.6a1.5±0.8b0.6±1.0a

注:表中同列不同字母表示在P<0.01水平上差異顯著。

3.2 奶牛直腸溫度

由于奶牛是恒溫動(dòng)物，正常生理狀況下其直腸溫度不會(huì)因外界因素改變而發(fā)生較大波動(dòng)，其直腸溫度在噴淋降溫條件下僅為小幅度改變。奶牛的直腸溫度正常范圍為37.5～39.5℃。由表2數(shù)據(jù)可以得到在噴淋前和噴淋后，0.947 mm平均噴淋水滴粒徑下奶牛的直腸溫度均低于0.829 mm、1.127 mm平均噴淋水滴粒徑下的直腸溫度(在P<0.05水平有顯著性差異)，且在正常直腸溫度范圍內(nèi)。

表2 3種平均噴淋水滴粒徑下平均奶牛直腸溫度Tab.2 Average rectal temperature under three average spraying droplet diameters

注:表中同列不同字母表示在P<0.05水平上差異顯著。

3.3 奶牛呼吸頻率

不同平均噴淋水滴粒徑下奶牛呼吸頻率變化情況如表3所示。在3種平均噴淋水滴粒徑下，相比噴淋前的呼吸頻率，噴淋時(shí)分別降低0.6、4.2、2.1次/min(即差值Ⅰ)；相比噴淋前的呼吸頻率，噴淋后分別降低-0.4、1.4、1.2次/min(即差值Ⅱ)。從表3的數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)在0.947 mm平均噴淋水滴粒徑條件下，呼吸頻率降低程度大于0.829 mm、1.127 mm平均噴淋水滴粒徑，對于降低奶牛呼吸頻率具有明顯的效果，并且相較0.829 mm平均噴淋水滴粒徑具有顯著性差異。噴淋結(jié)束后，在0.829 mm平均噴淋水滴粒徑下呼吸頻率較噴淋前有所上升，而0.947 mm和1.127 mm平均噴淋水滴粒徑下呼吸頻率仍低于噴淋前。因此，平均噴淋水滴粒徑0.947 mm相比0.829、1.127 mm，對降低奶牛呼吸頻率具有更好的效果，更適合于奶牛噴淋降溫中采用。

表3 3種平均噴淋水滴粒徑下平均奶牛呼吸頻率Tab.3 Average respiration rate under three average spraying droplet diameters

注:表中同列不同字母表示在P<0.01水平上差異顯著。

3.4 奶牛換熱量

采用Merkel焓差理論計(jì)算換熱量。其中，假定奶牛體表附近空氣近似為飽和空氣邊界層，取奶牛體表溫度作為飽和空氣溫度，并且該區(qū)域?yàn)樗魵怙柡蛥^(qū)域；奶牛舍內(nèi)空氣溫度、濕度通過HOBO溫濕度記錄儀采集；采用熱線風(fēng)速儀測量奶牛站立區(qū)域的風(fēng)速大小作為掠過奶牛體表的風(fēng)速大小?，F(xiàn)場風(fēng)機(jī)正常開啟條件下，在1.5 m高度處平均風(fēng)速u=1.52 m/s；當(dāng)量直徑d=0.8 m；奶牛表皮面積As=2.1 m2。3種平均噴淋水滴粒徑下奶牛平均換熱量如表4所示。

表4 3種平均噴淋水滴粒徑下奶牛平均換熱量Tab.4 Average heat exchange under three average spraying droplet diameters

注:表中同列不同字母表示在P<0.05水平上差異顯著。

奶牛體表和空氣之間的換熱過程包括導(dǎo)熱、對流以及熱質(zhì)交換，既有顯熱也有潛熱換熱量。采用Merkel焓差理論，基于能量守恒綜合計(jì)算了熱交換過程中的換熱量，且公式中的各個(gè)物理量可以通過實(shí)驗(yàn)測試得到，便于工程計(jì)算。

從表4可以看出，當(dāng)平均噴淋水滴粒徑為0.947 mm和1.127 mm時(shí)，平均換熱量均高于0.829 mm，說明大粒徑下?lián)Q熱顯著；但在0.947 mm平均噴淋水滴粒徑下平均換熱量又高于1.127 mm下的換熱量，說明換熱量并非隨平均噴淋水滴粒徑增大而線性增長，存在著最佳平均噴淋水滴粒徑。這是由于0.947 mm的水滴粒徑形成的水膜鋪展后能夠與奶牛體充分接觸，加速了換熱過程，尤其是蒸發(fā)傳遞的潛熱交換(Merkel焓差理論能準(zhǔn)確計(jì)算潛熱交換量)，所以在溫度、濕度相差不明顯時(shí)，0.947 mm平均噴淋水滴粒徑下的換熱量高于其它粒徑下的換熱量。

4 分析與討論

通過上述結(jié)果可知，在噴淋時(shí)選用0.947 mm和1.127 mm平均噴淋水滴粒徑相比0.829 mm要取得良好的效果：在降低直腸溫度、體表溫度、呼吸頻率、換熱量等方面均存在著顯著性差異，能一定程度上有效緩解奶牛熱應(yīng)激效應(yīng)，為奶牛提供了更為適宜的環(huán)境。大粒徑水滴具有相對較大的表面積，與體表接觸時(shí)更易在其表面進(jìn)行鋪展，進(jìn)而覆蓋在體表上的水膜面積愈大，使水膜與體表有充分接觸，利于通過水膜進(jìn)行蒸發(fā)以及對流換熱，加速了整個(gè)傳熱傳質(zhì)過程，從而降低奶牛體表溫度，達(dá)到緩解奶牛熱應(yīng)激的效果。

相比1.127 mm平均噴淋水滴粒徑，0.947 mm的呼吸頻率降低程度更顯著、換熱量更大，表明降溫效果并非隨著粒徑不斷增大而增加，而是存在最佳噴淋水滴粒徑。因?yàn)樗瘟皆龃?，滴落到奶牛體表后，會(huì)由于重力慣性以及較大的水滴動(dòng)能使水滴順腹部流下，沒有在奶牛體表形成水膜或者充分與奶牛體表接觸，反而減弱了整個(gè)熱交換過程。此外在滿足緩解奶牛熱應(yīng)激狀態(tài)的同時(shí)，水滴粒徑增大反而增加了污水生產(chǎn)量。因此，在奶牛物理降溫過程中選用噴頭時(shí)，應(yīng)考慮在噴頭工作壓力下所形成的水滴粒徑，選取合理粒徑范圍內(nèi)的噴頭。在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)條件下，本研究得到的適宜平均噴淋水滴粒徑為0.947 mm。

5 結(jié)論

(1)噴淋過程中，3種平均噴淋水滴粒徑(0.829、0.947、1.127 mm)下在奶牛脖頸區(qū)域平均降溫分別為0.7、1.1、0.9℃；腹部區(qū)域平均降溫分別為：0.7、1.4、1.5℃；噴淋結(jié)束后，在奶牛脖頸區(qū)域平均降溫分別為0.2、0.4、0.6℃；腹部區(qū)域平均降溫分別為：0.1、0.5、0.6℃。0.947 mm和1.127 mm平均噴淋水滴粒徑相比0.829 mm對體表降溫效果更加顯著。

(2)3種平均噴淋水滴粒徑下，噴淋前后奶牛直腸溫度均控制在穩(wěn)定范圍內(nèi)，且在平均噴淋水滴粒徑0.947 mm下奶牛平均直腸溫度低于0.829、1.127 mm，更好地緩解了奶牛熱應(yīng)激。

(3)噴淋過程中，3種平均噴淋水滴粒徑下平均呼吸頻率分別降低為0.6、4.2、2.1次/min；噴淋結(jié)束后，平均呼吸頻率降低-0.4、1.4、1.2次/min。其中平均噴淋水滴粒徑0.947 mm對降低呼吸頻率最為顯著，其次為1.127 mm。在噴淋結(jié)束后，平均噴淋水滴粒徑0.829 mm條件下呼吸頻率有所上升，沒有達(dá)到預(yù)期的效果。

(4)3種平均噴淋水滴粒徑下奶牛單位時(shí)間平均換熱量分別為417.4、469.9、430.4 W；其中0.947 mm平均噴淋水滴粒徑下?lián)Q熱量最大，換熱效果最明顯。綜合以上結(jié)論分析，確定適宜的平均噴淋水滴粒徑為0.947 mm。

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InvestigationonSprayingDropletDiameterforAlleviatingHeatStressofCows

DING Tao1SUN Baoxi1,2SHI Zhengxiang1,3WANG Zonglun1,2YAO Chunxia1,2ZHANG Chiye1,2

(1.CollegeofWaterResourcesandCivilEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083，China2.BeijingEngineeringResearchCenterofSafetyandEnergySavingTechnologyforWaterSupplyNetworkSystem,Beijing100083,China3.KeyLaboratoryofAgriculturalEngineeringinStructureandEnvironment,MinistryofAgriculture,Beijing100083,China)

The effect of relieving heat stress of cows was verified by three kinds of average spraying droplet diameter (SDD) (0.829 mm,0.947 mm and 1.127 mm) through field test. In the test, the body surface temperature of dairy cow was collected by thermal imager; the respiratory rate and physiological index of rectal temperature were measured at the same time. Based on this, the theory of enthalpy difference of Merkel was used to calculate the heat transfer of spraying cooling. The results showed that during the process of spraying, for three kinds of SDD (0.829 mm,0.947 mm and 1.127 mm), the average reductions of temperature were 0.7℃, 1.1℃ and 0.9℃ in the region of neck; in the region of abdominal, the average reductions of temperature were 0.7℃,1.4℃ and 1.5℃, respectively; and the average respiratory rates were decreased by 0.6, 4.2 and 2.1 times per minute, respectively. After spraying, for three kinds of SDD, the average reductions of temperature were 0.2℃, 0.4℃ and 0.6℃ in the region of neck; in the region of abdominal, the average reductions of temperature were 0.1℃, 0.5℃ and 0.6℃, respectively, and the average respiratory rates were decreased by -0.4, 1.4 and 1.2 times per minute, respectively. The rectal temperature was controlled within the stable range before and after spraying. The average rectal temperatures under SDD of 0.947 mm and 1.127 mm were lower than that under SDD of 0.829 mm. Under three kinds of SDD, the heat exchanges of cows in unit time were 417.4 W, 469.9 W and 430.4 W, respectively, which showed that heat exchange reached the maximum under SDD of 0.947 mm. In summary, the SDD of 0.947 mm was more suitable for the cooling of dairy cows in summer.

dairy cow; average spraying droplet diameter; heat stress

S817.3； S852.2

A

1000-1298(2017)09-0264-06

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.09.033

2017-01-05

2017-04-17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31402115)、國家奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-37)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2015SYL001)和國家級大學(xué)生創(chuàng)新性計(jì)劃項(xiàng)目(201610019072)

丁濤(1974—)，女，副教授，博士，主要從事流體動(dòng)力學(xué)和農(nóng)業(yè)生物環(huán)境研究，E-mail: dingtao@cau.edu.cn