围网网衣清洗装备的设计与打击力试验

在深海围网养殖过程中，围网网衣容易滋生很多附着物，影响围网内外部水体流动交换，附着物还会加重网衣重量，受海浪冲击时可能造成网衣破损。针对围网网衣清洗难的问题设计了一套围网网衣清洗装备。该装备采用水射流清洗技术，根据选取的高压泵(额定流量50 L/min,额定压力20 MPa)应用水动力学计算该装备喷嘴的理论直径与水射流理论打击力，加工样机进行水射流打击力对比试验来确定其最优喷嘴出水口形状和直径。结果显示：该设备在选配0.8 mm的圆柱形喷嘴时能与该高压泵的额定压力流量相匹配，可对该泵的压力流量进行最大化利用。研究表明，该设备在水下清洗时配有0.8 mm的圆柱形喷嘴能产生的射流打击力最大，且在靶距保持在10 mm内清洗效果最好，并为水射流清洗研究提供参考意义。     

空化射流式深水网箱网衣清洗装备的性能研究

为揭示网箱网衣附着污损生物的去除机理及影响因素,文章运用数值模拟方法结合样机试验,分析了淹没环境不同工况下清洗装备喷嘴的空化特性,获取了不同入口压力、喷嘴孔径(d)的清洗装备网衣挂板清洗清洁率,探究了空化射流作用下深水网箱网衣污损生物的去除机理。数值模拟结果表明,额定流量下,喷嘴孔径为0.6～1.0 mm,喷嘴最大气相体积分数呈增大趋势,d=1.0 mm喷嘴有最大气相体积分数(37.5%);距离喷嘴40 mm的射流流速减小了85.57%～96.98%,淹没环境对喷嘴流速有显著阻碍作用。进一步水槽清洗试验结果表明,输入压力为18.8 MPa、d=0.8 mm时该清洗装备有最大养殖网衣清洁率(79.76%);贝类污损生物在清洗装备空化射流冲击作用下主要以壳体破碎的形式脱落,清洗以后具有较强吸附力的贝类软质足丝盘为主要残留物,网面泥土完全清除并呈现出养殖网衣原色。     

歧管式高压射流水下洗网机的设计

文章针对深水网箱养殖过程中岸电供应不便而给网衣的水下清洗带来极大困难的问题,研制了歧管式高压射流水下洗网机,克服了高压仓式洗网机水头损失大的缺点。通过水力学计算得到歧管式高压射流水下洗网机射流压力P=5．57MPa、喷嘴孔径d=2．6mm、射流速度v=104．1m·s。和射流功率P=12．3kW、射流反冲力F=234．96N。水下洗网机的海上清洗试验表明,在工作泵满足工作压力和设计流量条件下,歧管式高压水射流水下洗网机的综合性能达到了设计要求。     

轻型移动式水下洗网装置设计

针对深水网箱特殊的工作环境,依据高速水流驱动叶轮旋转的工作原理,研制出一种用于养殖网箱的便携式水下网衣清洗装置.根据驱动叶轮的结构形式以及设计参数,基于动量定理及力矩平衡方程,对洗网装置的动力参数进行了理论计算,得到的喷嘴出口流速值为50.04 m/s,水流对叶轮的冲击力为28.56 N.在此基础上,结合能量方程,确定出所需工作泵的相关性能参数分别为流量37.71 L/min、压力2.9 MPa、功率2.95 kW.试验测试结果表明,在工作泵选型满足工作压力条件下,该装置的综合性能达到了设计要求.     

高压射流式水下洗网机喷嘴的设计

为解决深水网箱养殖过程中因网衣附着生物而影响水体交换,并给换网及网衣清洗带来极大困难等问题,开发水下洗网机并提高水下洗网机的清洗效率,是深水网箱养殖的重要配套装备与技术。通过对高压射流水下洗网机工作原理的分析,基于能量方程,推导出洗网机关键部件喷嘴的结构几何参数计算表达式。合理选择高压水发生系统的压力和流量,计算出喷嘴的孔径与长径比。在此基础上计算高压射流水下洗网机的水力参数,为进一步优化洗网机结构提供理论依据。     

高压水射流水下洗网机旋转射流打击力计算

依据水力学公式计算出歧管式高压水射流水下洗网机旋转的射流角速度和射流打击力。分析结果表明:旋转的射流打击力随偏转角增大而递减,但随射流压力、旋转半径和喷嘴孔径增大而增大;合理选择喷嘴孔径对旋转的射流打击力的增强作用明显,而增大旋转半径对射流打击力的增强作用较弱;旋转的射流打击力比非旋转的射流打击力更有利于提高清洗网衣的效率。海上清洗试验表明,在合理的压力和流量条件下,旋转的射流打击力清洗网衣的效果良好。     

规则波作用下养殖网箱水动力特性分析

大型深远海养殖网箱是一种新型的养殖装备，网箱在波浪场作用下的水动力特性是考量其安全性的重要因素。网箱系统结构复杂，其水动力问题采用完全理论解析或数值模拟研究存在困难。本研究通过1∶100的网箱模型，试验研究了网箱的水动力特性。分析了不同波浪参数和吃水对网箱水动力的影响；引入当量直径分析了无量纲力与KC数之间的变化关系；使用网衣孔隙率对有网衣网箱受力结果进行修正，得到了考虑网衣的网箱框架波浪力无量纲经验公式。同时以莫里森(Morison)方程为基础对网箱框架和网衣进行数值计算并与试验结果进行对比。研究表明，网衣对网箱波浪力的影响可以使用网衣孔隙率来模化；该计算方法可以有效地计算网衣和网箱框架的波浪力。     

贻贝高压水射流清洗关键参数建模及试验

为解决贻贝传统清洗方式劳动强度高、清洗效果差的问题，搭建了贻贝高压水射流清洗平台。以射流压力、靶距、入射角为变量，射流打击力和射流冲击压力为评价指标，对贻贝外壳进行高压水射流清洗试验；通过Design-Expert软件设计多因素组合试验，建立射流打击力和射流冲击压力的数学模型，使用Box-Behnken响应面寻优得出贻贝高压水射流清洗参数的最优组合；采用最优清洗参数进行射流清洗试验，以验证参数的有效性。结果显示：使用喷射角为65°,内径为2 mm的扇形喷嘴，在射流压力为9.66 MPa,靶距为99.88 mm,入射角为75.38°进行高压水射流清洗时，射流冲击压力为0.011 MPa射流冲击压力远小于贝壳整体曲面的承压能力，清洗后的贻贝表壳完整无裂纹，表壳附着的各类顽固污物基本去除，清洗效果相较于传统清洗方式得到显著提升。高压水射流技术应用于贻贝的清洗，能有效提高贝源的洁净程度和工业化精细处理水平，同时对其他双壳纲贝类的清洗也具有一定的借鉴意义。     

养殖网箱清洗设备的实验研究

在网箱养殖业中,网箱网衣的清洗是亟待需解决的一个问题.本文主要对自行研制涡旋式网箱清洗设备的使用效率进行研究.通过对4种不同规格的毛刷进行实验分析,评估涡旋式网箱清洗设备的实际清洗效率、清洗时间.通过对耐清洗生物种和对污染性生物再生长的研究,为以后的工作指明方向.最终确定自行研制的涡肇式网箱清洗设备的最佳毛刷长度为15～20 cm,设备的清洗效率为30%以上,最佳清洗时间为下海后2周,实验区耐清洗的生物主要为紫贻贝和牡蛎.同时要根据海区及附着物的不同,选择不同的毛刷材料.在实际养殖过程中,采取机械清洗和其他清洗措施相结合的方法,来解决养殖网箱网衣的清洗问题.     

HDPE圆形重力式网箱受力变形特性的数值模拟

该研究旨在综合探讨不同网箱周长、浮管管径、网衣高度及网目大小对整体网箱受力变形的影响,为网箱的科学合理选型提供数据参考。设定的网箱周长40—80m,浮管管径250～630mm,网衣高度6～20m,网目大小45～115mm。通过数值模拟方法对4种规格高密度聚乙烯圆形网箱在不同组合条件下网箱锚绳受力、波流力以及容积损失率进行了数值计算。结果表明,大规格网箱的锚绳受力、波流力更大,容积损失率更小,锚绳数量的增加可以大大降低锚绳受力。相比浮管管径,网衣高度和网目大小对网箱受力变形的影响更显著。整体网箱的受力变形随着网衣高度的增加而增大,随网目的增大而减小。     

圆形网衣在水流作用下的运动变形特性

研究网衣在水流作用下的运动变形是深入了解网箱耐流特性的关键。本研究基于集中质量点法,建立了圆形网衣在水流作用下的数值计算模型,并利用前人的试验结果对数值模型进行了验证。验证结果表明,无论是网衣的变形还是受力情况,模拟结果都与试验结果吻合良好。在此基础上,针对实际应用中的圆形网衣,在不同配重(GW1=400kg、GW2=800kg)和流速(U=0.3～0.9m/s)条件下,对网衣变形、网衣底端前后点位移、网衣底端倾角进行了数值模拟,探讨了流速、配重大小对网衣运动变形特性的影响。结果表明,水流速度的增大会加剧网衣的变形,在配重GW1、流速U=0.75m/s时,网衣容积损失率达到50%以上。网衣底端前点的水平位移大于后点的水平位移,前点的垂直位移则小于后点的垂直位移,随着流速的增大,网衣底端前后点的位移差异将更为明显。当配重增加时,网衣底端位移、倾角以及网衣容积损失率可相应减小,网衣变形得到一定改善。数值模拟证明,本研究所建立的数值计算模式具有较好的稳定性和解的收敛性,可为下一步波浪、流联合作用下的整体网箱模拟奠定良好的理论基础。     

海水网箱网衣防污技术的研究进展

海水网箱养殖中,网衣污损附着物会影响网箱设施安全及其养殖鱼类的健康生长,因此,网衣防污是网箱养殖业备受关注的问题。本文在简述海水网箱网衣分类与特点的基础上,重点介绍了人工清除法、防污涂料法、机械清除法、金属合金网衣防污法、箱体转动防污法、生物防污法、网衣本征防污法等网衣防污技术最新研究进展;结合本课题组在网衣防污方面的研究成果,分析上述防污技术的特点,为网衣防污技术的深入研究以及水产养殖业的绿色发展提供参考。我国海水网箱养殖业大有可为,但网衣防污工作仍任重道远。     

水流作用网衣过程的数值模拟

网衣是深水网箱的主要组成部分,也是整个网箱系统中受力最为复杂的部件之一。文章介绍了水动力作用下一种基于集中质量法的网衣数学模型,并引用前人的试验结果对数学模型进行了验证。在此基础上,利用此数学模型在不同配重（CW1=400kg和CW2=800kg）和流速（U=0．3—0．6m·s^-1）条件下分别对网衣所受的水流力、网衣形状和网衣运动位移三者随时间的变化过程进行了数值模拟,给出了网衣达到稳定状态前、后网衣受力变形的计算结果,揭示了网衣在水流作用过程中的动态变化规律,并进一步分析了配重及流速大小对网衣受力、变形及运动特性的影响。     

射流式吸鱼泵关键技术研究及设计

为实现深水网箱规模化养殖渔获的自动起捕,依据射流泵的工作原理,提出了射流式吸鱼泵的结构优化设计方案。基于能量方程,对工作泵的压力计算表达式进行了推导,并对射流式吸鱼泵的性能参数进行了计算。射流泵压力校核结果表明,选配的工作泵可满足设计要求。     

基于超短基线的深水网箱网衣监测系统设计

海水网箱养殖已经发展成为中国海水养殖的支柱产业之一,网衣的状态对深水网箱的养殖过程至关重要。为掌握网衣的实时状态,设计了一种基于超短基线水声定位技术的深水网箱养殖网衣监测系统。系统由固定于网箱监测平台上的基阵和安装在网衣节点上的水下信标组成,基阵与信标之间收发声信号,对信标进行定位。系统多个信标的水声定位采用m序列伪随机信号,利用码分多址技术以区分网衣上的多个信标。信标信号的收发由单片机控制,当接收到基阵的定位指令信号时,即发送本机地址码,根据传播时间及相位计算每个信标的空间坐标。监测系统利用该空间坐标计算网衣的容积,还原网衣状态,实现对养殖过程的实时监测。此系统可有效解决网衣水下光学监测存在的问题,如可视范围小、水质要求高、难以长期监测等,可用于浑浊海区的网箱网衣监测。     

水流作用下重力式网箱网衣张力分布

在水流作用下,网箱网衣要承受很大的水流作用力,在网箱实际使用中破网逃鱼现象时常发生。网衣属于柔性结构物,在外部荷载作用下会发生较大的变形和位移,因此其受力和变形特性较为特殊。为了获得水流作用下重力式网箱网衣的张力分布,从而为设计和生产提供理论参考依据,利用集中质量的方法建立了水流作用下网箱网衣受力和变形的数学计算模型。利用此数学模型对重力式网箱网衣在不同配重模式和网目形状下的变形和张力分布进行了数值模拟。通过数值模拟研究发现,网箱网衣张力分布形式和网目形状关系密切,配重形式对其影响较小。相同工况条件下,配置底图时网衣所受最大张力略大于单独沉子配重形式,同时菱形网目网衣所受最大张力略大于正方形网目的受力。     

基于水动力性能的网箱网衣网目群化数值模拟方法研究

网衣是网箱的重要组成部分。为解决对网衣的运动变形以及受力进行数值研究存在的问题,基于Morison方程和集中质量法,提出了网目群化改进方法。改进方法保持了网目群化前后网衣的体积和质量不变,并通过调整水动力系数达到改进后的网衣所受水动力与未群化前相同。通过对圆形网衣进行数值模拟,并与相关研究进行对比,分析了圆形网衣的容积损失率和水平拖曳力。结果显示:圆形网衣在均匀流速的流场中,其水平拖曳力随着流速的增大,增加的速率也随之增大,随后达到稳态,数值基本不变;增加网衣底部配重可以有效减小网衣的变形,但是随着配重的增加,其变形抑制效果在逐渐降低。改进的网目群化方法准确有效、简化效果显著,对于提高网箱水动力学模拟效率和计算精度都具有较好的参考价值。     

水流作用下一种养殖金属网衣水阻力特性的数值模拟研究

为保障深远海金属网箱养殖系统的结构安全,进行网箱结构的水动力学研究是一项重要的工作。构成金属网箱主要组成部分的金属网衣是一种小直径多孔的网状结构,在波浪和水流作用下的水动力学特性与一般的海洋工程结构物有显著不同。本文基于有限元基本原理,采用梁单元模拟金属网线结构,采用连接单元模拟网线接触部位的相互作用,并运用ABAQUS软件进行数值计算,在试验验证的基础上,分析了在水流作用下一种金属菱形链网衣在不同网目尺寸、不同网线直径情况下的水阻力变化情况。数值模拟结果表明在各种工况下,当网目尺寸由25 mm增加到35 mm、45 mm时,网衣受力增加幅度的平均值分别为14.71%和38.07%;当网线直径由2.5 mm增加到3.2 mm、4.0 mm时,各工况下网衣受力增加幅度的平均值分别为25.05%和45.06%。研究结果可以为进一步开展深海养殖金属网箱水动力特性研究提供积极的基础。     

抗风浪网箱材料性能的研究

报道了抗风浪网箱材料的选择、材料性能和测试结果。试验表明,开发的网箱框架高密度聚乙烯管材性能优良,其抗屈服应力达23MPa,断裂伸长率达525％～763％,纵向回缩率仅为0．3％。采用的六边形锦纶网衣网片纵向断裂强度为315～342daN,比进口挪威网衣强度高1．9％～10．7％。     

海水养殖网箱工程设计的材料性能研究

本研究报道了大型海水养殖网箱工程设计中要考虑的海况因素和材料选择,包括网箱框架材料,网衣材料,锚泊固定等材料性能,评述了网箱系统三大要素的重要性.根据国家标准,抗风浪网箱课题组对开发的PE管材和PA网衣和绳索的性能进行测试.测试结果表明PE管材拉伸屈服应力达19～23 Mpa.比国内生产厂家的产品高1～5 Mpa,比挪威进口管材低2 Mpa,断裂伸长率为525%～763%,PE管材的纵向回缩率仅为0.3%.所有数据表明管材性能优良.PA网衣N向断裂强力315～342 daN,比挪威进口网衣高1.9%～10.7%.T向断裂强度为235～258 daN,比挪威网衣低5.8%～14.2%,分析PA网衣T向断裂强力低的原因是织网机编结网片过程中T向张力不均匀所致.网箱锚泊用φ40mm的PP/HDPE绳索强力达180.32 kN,比同直径的PE绳索高27.2%.