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。     

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。     

价格低于尼龙的高强度网绳—Danline

丹麦的Carlsen网具有限公司最近正在成交用Danline网绳制成的大网目网衣,这些机织网衣现有系列网目尺寸,包括400mm,800mm和1600mm的网目,网线直径分别为5mm,6.5mm和8mm。 Danline是由聚丙烯和聚乙烯     

船型桁架结构网箱单点系泊受力试验研究

安全高效的大型深海养殖网箱是引领深远海养殖发展的重要设施装备。该研究针对一种船型桁架结构的单点系泊深远海网箱开展了模型比尺为1∶40波浪流水池试验,比较分析了正常工况和失效工况2种不同单点系泊方式下网箱的系泊受力。在此基础上,分别围绕网衣、波浪和水流对网箱系泊受力的影响开展了试验研究。结果表明,相较于正常工况,失效工况的网箱系泊受力大幅增加,对网箱的安全性造成较大影响;在正常工况中,大浪条件网箱的受力随波高增加而增大,波高从12.5 cm增加到17.5 cm,网箱系泊受力增大3倍以上;在波流联合作用下,网箱系泊受力与流速变化呈正相关,与周期变化呈负相关;相较于无网衣,有网衣时网箱受力在纯波条件下增幅达1倍以上,波流联合作用下增幅为30%～60%。研究结果可为今后船型桁架结构网箱的系泊方案设计及海上安装提供理论依据和数据支撑。     

基于OpenFOAM的全潜式网箱网衣系缚方式研究

本研究针对全潜式网箱的四周刚性柱–网衣系缚方式进行研究。通过模型实验测得柱–网结构模型在水流作用下, 不同流速、不同系缚方式下的网衣系缚点受力, 分析了不同系缚方式对网衣系缚点受力分布特性以及系缚点之间受力均匀性的影响。此外, 为进一步研究网衣系缚方式对周围流场的影响, 本研究基于混合体积法建立了网衣的流固耦合模型, 并在开源 CFD 软件 OpenFOAM 中开发得到了网衣流固耦合求解器, 通过数值模拟与模型实验相结合的方式研究了网衣的阻流效应以及网衣网线的张力分布特征和荷载传递方式。研究结果表明, 四周刚性柱–网结构模型中, 网衣系缚方式对水流作用下网衣的受力特性有着显著的影响, 网衣最大张力一般分布在与系缚点相连的网线上, 而且越靠近中间位置的网线和系缚点的受力也越大, 整体呈现出两端受力小中间受力大的对称现象; 在网衣背流侧, 靠近网衣沿水流方向投影的中心位置处流场受网衣阻流效应的影响会偏大, 流速衰减率也更高, 而且在同种工况下, 随着流速的变大, 网衣对流场流速的衰减效应也越明显。     

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。     

转盘式网箱清洗装置设计与模拟试验

在网箱养殖过程中,网衣附着物的产生影响了网箱内部水流交换和鱼类的正常生长。设计了一套转盘式网箱清洗装置,用于解决网衣附着问题。根据选取的水泵(额定流量Q_额=30 L/min、额定压力p_额=20 MPa),应用连续性方程和伯努利方程,通过水力学计算并使用流量测速法进行实物样机试验,确定了清洗盘的最优喷嘴直径d=0.6 mm,其射流速度v=196.41 m/s、射流压力p=19.3 MPa。运用基于有限体积法的计算流体力学软件FLUENT对高压水射流场进行数值模拟分析,确定清洗盘与网衣的最大工作距离为10.3 mm;验证了使用Realizable k-ε湍流模型可以精确地计算此射流工况下的水动力学参数。结果表明,设计的网箱清洗装置可以满足网衣清洗需求,为网箱清洗装置的设计和优化提供参考。     

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。     

高密度聚乙烯圆形网箱锚绳受力实测研究

选择广东省湛江市深水网箱养殖基地作为实测地点.通过实测试验测量深水网箱在实际海流条件下的锚绳受力状况,给出了单个网箱和组合网箱分别在3种不同网衣方案情况下的锚绳受力结果,旨在为深水网箱的设计及其锚泊系统的优化提供重要参考数据.结果表明,锚绳力随流速的增大而增大,锚绳受力与流速具有一定的正比关系;在3种不同网衣方案条件下,小网目网衣方案(网目40 mm)的锚绳受力最大,单个网箱的锚绳力峰值和锚绳合力分别为3.73 kN和5.01 kN,组合网箱的锚绳力峰值和锚绳合力分别为5.67 kN和20.83 kN;单纯浮架受力在整体网箱的受力中所占比重较小.结论认为,鉴于实际海况下网箱同侧各道锚绳的受力差异较大,在评价锚绳的安全性能时,应取各道锚绳受力峰值中的最大值作为单锚绳的允许受力值.     

养鱼网箱网目的适当选择与适时调整

在网箱养殖生产中,若网目适当,不仅可节省网衣材料,降低网箱成本,且网目不易被堵塞,水的交换状况也好。因此,在网箱养鱼中,切莫忽视为鱼类量体选择适当的网目适时地调整网目。     

波浪作用下半潜式养殖网箱水动力特性

半潜式深远海养殖网箱在波浪作用下会发生变形与运动。为保证网箱结构的稳定性,需对其水动力特性进行分析。本研究基于有限元法建立了波浪作用下一种半潜式网箱的数值模型,通过仿真计算求解网箱的锚绳受力与运动情况。首先,将计算机模拟值与物理水槽试验值进行比较,验证数值模型的准确性。然后,分别研究了半潜式网箱在3种压载状态下的动力响应情况,分析比较了不同波浪条件下网箱锚绳张力、垂荡、纵荡和纵摇的计算结果。结果显示,计算值与试验值基本吻合,二者的相对误差在5%左右。当波高一定时,网箱迎浪侧和背浪侧锚绳受力与波浪周期改变无明显关联;当周期一定时,两侧锚绳受力均随波高的增加而增大。网箱的垂荡、纵荡及纵摇值均与波高呈正相关,随着半潜式网箱吃水的增加,网箱的垂荡、纵荡及纵摇值基本呈减小趋势。网箱在3种压载状态下最大垂荡值和纵荡值分别为12.67 m和10.59 m,网箱在空载状态下的最大纵摇值≤15°,表明半潜式网箱结构具有较好的稳定性。研究结果可为我国深远海养殖网箱设计提供理论参考。     

基于SIMA的重力式网箱阻力性能计算

近年来，深远海渔业养殖装备已引起国内外相关领域的广泛关注，其中网衣系统是渔业平台的重要组成部分。网衣属于小尺度柔性构件，在水动力作用下会产生变形，其阻力性能预报归于水弹性问题的范畴。目前，出现了1种较先进的基于非线性有限元的网衣水动力计算方法，该方法将势流理论与有限元方法相结合，用于求解网衣受力和变形。文章采用该方法计算一型重力式网箱的阻力性能，并将计算结果与试验数据进行比较，结果表明，采用该方法可以较好地预报网衣阻力性能，从而为开展大型深远海渔业平台网衣系统的阻力计算夯实基础。     

Analysis of the hydrodynamic characteristics of chain-link woven copper alloy nets for fish cages

Copper alloy nets have drawn attention from researchers and fishermen as an alternative to fabric nets for fish cages, due to such advantages as protection from predators, better cage volume retention, and good resistance to bio-fouling. The drag and lift coefficients of nine chain-link woven copper alloys and three knotless fabric nets were derived using a circulating water channel and structural analysis of the nets. The flow through one copper alloy net was visualized using particle image velocimetry (PIV) to understand better the hydrodynamic characteristics necessary for the use of the net in a fish cage. The trends in behavior of the drag and lift coefficients for the copper alloy nets based on various attack angles and current speeds were highly similar to those of the fabric nets. The coefficients of the copper alloy nets were larger than those of the fabric nets for attack angles less than 30°. For angles greater than 30°, the coefficients of the fabric nets were larger than those of the copper alloy nets. These results might be attributed to structural differences between the two nets, as well as the roughness of the surfaces. The hydrodynamic characteristics of the alloy nets were illustrated using PIV, and a difference in the structure of the net was observed to reduce the resistance when the net was set against the current with an attack angle of 90°.     

潜浮式船型桁架结构深海养殖网箱避浪性能研究

深海网箱作为现代海洋渔业拓展外海养殖空间的重要养殖装备，其布设环境一般较近海更为复杂恶劣，对于保障其安全性和稳定性提出了更高的要求。本研究针对一种单点系泊潜浮式船型桁架网箱开展了模型比尺为1︰40的波浪流水池试验，重点围绕该网箱在不同吃水深度受波浪作用的系泊受力、升沉、纵摇和横摇等水动力学特性进行了比较分析。试验结果显示，波高为7.5~12.5 cm时(原型3~5 m)，网箱漂浮状态即可以满足养殖需求，其系泊力及运动响应均较小，具备较高的安全性和稳定性；恶劣海况时，即本试验中波高为15.0和17.5 cm (原型6 m和7 m)，通过整体下潜的方式网箱具有良好的避浪性能，其中，系泊力减幅达70%以上，升沉、纵摇和横摇等运动分量减幅也达20%~60%；波流试验中，海流对网箱避浪性能存在一定的影响，但总体上仍然具有较好的避浪效果。研究结果可为单点系泊潜浮式深海网箱的安全运行与日常管理提供理论依据和数据参考。     

Effects of water flow velocity and fish culture on net biofouling in fish cages

The effects of water flow, fish feed and cage position on net biofouling was examined in a floating cage fish farm. Fouling of 16 mm mesh net panels suspended inside and outside net cages and exposed to different treatments were monitored weekly until net apertures were completely occluded by the fouling organisms (8 weeks). Results indicate a dramatic reduction in water flow velocity throughout the fish farm due to the cage units themselves and net biofouling. The reduced water flow (<10 cm s^?1) inside net cages promoted rapid net biofouling, while rapid water flow outside the net cages (>25 cm s^?1) kept the net fouling organisms at bay. Although fish rearing in net cages with inputs of commercial pellet feed increased sessile biofouling (222% higher than outside the net cages) and non‐sessile biofouling (570% higher), the type of fish feed used did not significantly affect biofouling development. The study recommends that the geometry of serially arranged net cages, as commonly deployed in tropical tidal estuaries, be reconfigured to improve flow through in order to minimize the impact of fouling.     

应用两种不同的波浪理论计算方形网箱水平波浪力

运用莫里森(Morison)和库兹涅佐夫(Kuznetsov)的计算方法对方形网箱及其构件受到的水平波浪力特性进行分析,分别依据正弦波和司托克斯二阶波理论,导出相应水平波浪力的迭加计算公式,并把计算结果与两种尺寸的网箱水槽试验进行对比验证。结果显示,正弦波理论计算值与试验值平均误差分别为11．19％和13．67％,二阶波计算平均误差分别为11．03％和13．87％,表明两者计算结论的差异性和计算方法的可行性。在波长、周期、波高和水深分别为150m、10．2s、10m、40m情况下模拟计算实物网箱水平波浪力,其二阶波受力峰值范围比正弦波的要窄、波谷值曲线要平坦,两者波浪力计算相差达8．70％,并且相差率与波高、波长成正比例关系,与水深成反比例关系,从而说明不同的波浪水域环境下应用不同波浪理论计算具有重要意义。     

基于流态的方形圆弧角养殖池进水系统优化数值研究

为研究进水系统优化对方形圆弧角养殖池内流场特性的影响,实验运用计算流体动力学仿真技术(CFD)构建方形圆弧角养殖池的三维数值湍流模型,单管进水系统设置在养殖池弧壁的中间位置(以下称弧壁单管),并主要对不同进径比(参数C/B,射流管中心位置到养殖池壁的水平距离C与养殖池短边边长B之比)和不同射流角度对养殖池系统内的流场特性开展研究。结果显示,不同进径比条件下,随射流角度增加养殖池水体平均速度均呈现先增大后减小的趋势,且最优射流角度不同。进径比为0.01且射流角度为45°时,养殖池内部流场平均流速最高。进径比为0.03时,最优射流角度为30°。当C/B=0.05～0.13时且射流角度为25°时,水体平均速度最高且流场均匀性较好。进径比C/B=0.07～0.09、射流角度为25°时,养殖池内部流态总体上优于其他工况。研究表明,养殖池流场特性与进水系统进径比和射流角度密切相关。研究结果可为工厂化循环水养殖进水系统设计和优化养殖池系统的流场特性提供理论依据。     

港湾海域新型网箱养鲍新技术探讨

根据鲍的生活习性,总结国内外养鲍设施特点,自行研发新型竖排式网箱。通过在港湾海域进行新型竖排式网箱的养鲍试验,对养鲍过程中网箱内饵料分布、附着生物情况进行研究,并与传统挂笼养殖模式对比分析。结果表明:新型网箱养殖过程中采用平潮点倾倒法投喂龙须菜或海带,鲍匍匐基内的饵料占比分别为:龙须菜约30.4%,海带约36.7%,均高于其它投喂方式。经过9个月的养殖,网目为1 cm的竖排网箱中的鲍最终体重为(29.1±6.17)g,存活率为60.5%,传统挂笼中鲍体重为(22.8±7.93)g,存活率为33.5%,新型网箱养殖效果显著优于传统挂笼(P0.05);不同网衣规格的网箱表面附着生物附着量无显著性差异(P0.05),但均显著大于传统挂笼组(P0.05),进入夏季后,网箱中附着生物的生物量和丰富度都有显著增加。与传统挂笼相比,新型竖排式网箱具有水体交换好、操作简单、节省劳力、存活率高等优点。     

进径比对矩形圆弧角养殖池水动力特性影响

为研究单管入流模式下,进径比(参数C/B,C为射流孔位置到养殖池壁的水平距离,B为养殖池短边边长)对单通道矩形圆弧角养殖池系统水动力特性的影响,实验运用计算流体动力学仿真技术构建单通道矩形圆弧角养殖池三维数值计算模型,应用平均流速、阻力系数和速度分布均匀系数等流体动力学特征量分析养殖池内(尤其是池底)的流场形态,并修正能量有效利用系数以评估养殖池系统的能量有效利用率。结果显示,将进径比参数C/B从0.00增大到0.05可有效改善养殖池内流场特性,进径比参数C/B设置在0.02～0.04之间有利于单通道矩形圆弧角养殖池系统获得最佳的流场条件。研究表明,进径比参数的较小优化可显著提高养殖池内平均流速与能量有效利用率,利于形成均匀稳定的流场。