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。     

圆形网箱浮架系统的受力特性研究

运用线性波浪理论和刚体运动学原理,建立了波浪作用下网箱浮架系统的计算模型.在不同波高(H=4.2～7.0 m)和周期(T=7.2、8.6 s)条件下,采用计算机数值模拟方法,分别对浮架系统所受的锚绳力、波浪力以及合力矩进行了数值计算.通过计算结果的比较及分析表明,三者都随波高的增大而有所增大,其中迎浪侧锚绳力和水平波浪力与波高都有显著的正比关系.在各种不同波况下,迎浪侧锚绳力要大于背浪侧锚绳力,水平波浪力要大于垂直波浪力.     

波流入射方向对网格式锚碇网箱水动力特性的影响

运用集中质量方法和刚体运动学原理,建立了单体网格式网箱在波流联合作用下浮架、网衣和锚碇系统受力和运动的数学模型.利用物理模型试验对本数学模型的正确性进行了验证.在此基础上计算了2种波流作用方向、各工况下单体网格式网箱3类锚绳(锚碇锚绳、连接锚绳、网格锚绳)受力、浮架运动及网衣变形的结果,并分析了波流作用方向对网格式锚碇网箱水动力特性的影响.结果表明,当波流作用方向由正向变为斜向(45°)时,锚碇锚绳与连接锚绳受力有较大程度的增加,网格锚绳受力有较小程度的增加;浮架水平方向、竖直方向运动幅度有一定程度减小,浮架倾角及网衣变形变化不明显.     

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.     

系泊方式对深水养殖网箱动力特性影响研究

针对一种三角形高密度聚乙烯深水养殖网箱,该研究基于有限元法建立了波浪流作用下网箱动力响应计算模型,并通过开展模型比尺1∶15的水池试验,分析比较了网箱在纯波、波流组合条件下动力响应的计算结果与试验数据,两者相对误差均在10%以内。在此基础上,考虑原型网箱海况数据,将波流要素值取为:波高(H) 4～6 m、周期(T) 9 s、流速(v) 0.5～1.5 m·s~(-1),分析了单点系泊和多点系泊方式浮架变形以及网箱系泊力的情况,并进一步探讨了系泊方式对网箱运动特性的影响。结果表明,波流作用下,多点系泊布置时的系泊力峰值大于单点系泊情况,且随着流速和波高的增加,两者相差幅度增大;在大浪强流条件(H=6 m, T=9 s, v=1.5 m·s~(-1))下,多点系泊能在一定程度上降低浮架的变形;2种系泊方式对浮架的升沉影响极小,但多点系泊时浮架在x轴上的位移大于单点系泊时,两者峰值相差25.64%;单个周期内网衣平面轮廓图显示网衣的变形程度几乎一致。     

水下圆形重力式网箱缆绳张力对波、流的响应特性

通过模型试验研究了周长40 m、网高10 m的HDPE圆形升降式网箱沉降在水下时的缆绳张力。试验采用狄克逊准则,模型大比例尺λ=10和小比例尺λa=λd=2;网箱采用网格形式锚泊系统。试验时前主缆绳水平方向与波流夹角为0°,试验流速为0、5、10和15 cm/s,波浪周期范围1.3～2.2 s,波高范围10～30 cm。在各试验条件下对主缆绳和系框绳以及浮框绳张力进行了测试,以受力最大的缆绳为研究对象,分析了缆绳最大张力与波流因子之间的关系。结果显示:①在纯流作用下,前主缆绳受力最大;在纯波作用下,后侧主缆绳受力最大,最大张力随波高增大呈线性增长趋势,随周期变化的影响较小。②在波流作用下,高流速、低波高、高波周期条件时前主缆绳受力最大;在低流速、高波高、低波周期时后侧主缆绳受力最大;前主缆绳受水流作用影响较大,后侧主缆绳受波浪作用影响较大。③在波流作用下,各缆绳最大张力随波高、流速增大而增大,随周期增大而减小;后侧主缆绳最大张力无量纲量随波陡增大且基本呈线性增长趋势。     

波浪作用下圆形网箱浮架系统的运动特性分析

作为深水养殖网箱的重要组成部分，浮架系统在网箱抗风浪性能中扮演着极为重要的角色，研究浮架系统在波浪作用下的运动特性是深入了解网箱抗风浪性能的关键。基于集中质量法将圆形浮架离散成众多微元，并运用线性波浪理论和刚体运动学原理，建立了波浪作用下网箱浮架系统的运动响应数学模型。针对圆形浮架的实际尺寸参数，在不同波高（H=4.2～7.0 m）和周期（T=7.2, 8.6 s）条件下，采用计算机数值模拟方法，对浮架前后点运动轨迹、浮架质心水平和垂直位移、浮架倾角进行了数值计算。通过对计算结果的比较及分析表明：（1）浮架垂直位移幅度大于水平位移幅度，波浪周期对浮架垂直位移的影响要小于对水平位移的影响；（2）浮架水平位移、垂直位移以及倾角都和波高具有显著的正比关系。在波高H=4.2～7.0 m范围内，周期T=7.2 s时，水平位移、垂直位移和倾角的增量分别为1.84 m、1.0 m和7.18°；周期T=8.6 s时，三者的增量分别为1.66 m、1.05 m和5.43°；（3）周期增大，浮架垂直位移增加，水平位移和倾角减小。     

HDPE圆柱形网箱与圆台形网箱受力变形特性的比较

介绍了一种用于模拟水流作用下网箱受力变形的数值计算模型,并利用海上实测数据对计算模型进行了验证。验证结果表明,网箱锚绳力的计算结果与实测数据十分接近,最大相对误差为7.0%。在此基础上,分别对圆柱形网箱和圆台形网箱在不同配重(GW₁=350 kg、GW₂=600 kg)和流速(U=0.3～0.9 m/s)条件下所受的水流力以及容积损失率进行了数值计算。结果表明,两种网箱无论在所受的水流力方面还是在变形后保持的网箱容积方面随流速和配重的变化趋势基本一致。圆柱形网箱的容积损失率远大于圆台形网箱的容积损失率,在较小流速(U=0.3 m/s)研究时,圆柱形网箱的容积损失率达到了28%左右,具有较明显的初始变形。圆台形网箱的初始变形很小,具有较好的耐流特性和抗变形能力。     

水流作用下自升降式张力腿网箱水动力学特性试验研究

自升降式张力腿网箱因其在水流作用下能够下潜到水中,具有在恶劣海况条件下,避免海水表面的风浪冲击,降低网箱系统被破坏风险的优点,具有良好的市场前景。根据田内准则,运用水槽模型试验方法,研究了周长60 m,网高16 m张力腿网箱在水流作用下的缆绳张力、网箱下潜深度、容积损失率与流速的关系。结果显示:张力腿网箱缆绳张力随流速增加而增加,且主要受力集中在迎流面的缆绳上;张力腿网箱可以在水流作用下自动下潜,流速0.8 m/s时,下潜深度可达11.91～17.79 m,从而能够实现网箱抗风浪的目的,另外可根据需要调整浮架浮力使网箱沉降深度达到合理水层区间;在低流速下各配置张力腿网箱容积损失率较小,在流速0.8 m/s时,最大容积损失率32.5%,小于类似配置的重力式圆形网箱。研究结果可为张力腿网箱的设计与应用提供参考。     

波浪作用下一种鲆鲽类方形网箱水动力特性数值模拟研究

针对鲆鲽类方形重力式网箱在纯波浪条件下的水动力特性,采用数值模拟的方法对鲆鲽类方形深水重力式网箱的主要部件——浮架系统、配重系统、锚碇系统进行了模拟。将模拟结果与实验结果进行分析比较表明,数模与物模各量值吻合良好,平均相对误差均不超过9%,表明数值模拟的方法能较好地模拟鲆鲽类方形深水重力式网箱的水动力特性。在此基础上,用数值模拟的方法,进一步研究了底框质量和网衣高度的改变对网箱各参数的影响,模拟结果显示,底框质量改变主要影响锚绳受力和底框倾角,底框质量从80 g升至100 g再升至140 g的过程中,锚绳受力平均增幅分别为13%和19%,同时增大底框质量有助于减小底框运动倾角,其平均降幅分别为8.8%和9.3%;网衣高度由20 cm增至30 cm后,锚绳受力平均增加15%,同时网衣的增高导致对浮架和底框的牵制作用加大,使得浮架和底框的运动幅度有所减小,降幅不超过10%。在以上研究结果的基础上,为鲆鲽类网箱的设计与优化提供了参考建议。     

等边三角型人工鱼礁礁体结构设计及其稳定性

在山东威海西港水产公司小石岛造礁工程投放的三角型礁的基础上,改良设计了等边三角型礁。礁体的尺寸为:等边三角型的边长2 m,宽3.3 m,重8.1 t。根据山东海区的波流状况,测量计算了礁体在8种波况和5种流速下所受到的最大作用力、抗漂移安全系数和抗翻滚安全系数。结果表明,该礁型在实际投放水深为15 m、波高为6 m时,可能失稳发生漂移,在其他波况下能较好地保持稳定;该礁型在投放水深15 m、流速达到1 m/s时,仍能保持稳定,无漂移和翻滚现象。此外,在计算的基础上,对礁体的稳定性进行了观察试验,观察结论与计算结果基本相符。     

风浪中锚泊渔船的锚链系泊张力的分析研究↑（*）

渔船在风浪冲击下锚泊时,其锚链的动力负荷会受到影响。通过非线性方程的求解,着重分析二阶波浪力导致的高系泊力。结果证明,在不同水深及风、浪、流的作用下,电焊锚链和钢丝绳所能承受的系泊拉力相差较大,从而为渔船锚泊规范制订提供了理论基础。     

Response of offshore cultivated Laminaria saccharina to hydrodynamic forcing in the North Sea

The aim of the presented investigation was to test the sensibility of macroalgal aquaculture in offshore wind farms in the North Sea and to find arguments for the choice of appropriate sites among the planned wind farms. Based on experience with an offshore aquaculture farm of Laminaria saccharina conducted in 2002, we assessed the maximum hydrodynamic forces affecting farmed algae by applying the model software “WaveLoad”. Drag measured in a towing tank was considerably higher on algae with a more ruffled margin and wider blade collected from sheltered environments than on flat and narrow farmed Laminaria despite comparable blade areas. Drag varied according to frond size, current velocity and acceleration reaction. Dislodgement of laminarian holdfasts and the forces necessary to break the stipe depended on blade length and surface area. Neither did our measured nor our calculated values of drag exceed those forces, provided the algae had been grown in a current > 1 m s^− 1. Even in storm conditions with maximum current velocities of 1.52 m s^− 1 and wave heights of up to 6.4 m can cultivated L. saccharina withstand the high energy environment.     

漂浮状态下重力式及碟形网箱锚绳受力特性的比较

深水网箱养殖是海洋牧场建设的重要手段之一，在其发展及应用过程中出现了多种结构形式，其中以重力式和碟形深水网箱应用最为普遍，国内外关于网箱的水动力特性已进行了不少研究，但结果存在较大差异。Colboume等曾对多种配重形式和锚碇形式的重力式网箱的水动力特性及运动特性进行试验，     

大亚湾不同波浪、水深与坡度条件下车叶型人工鱼礁的安全重量

基于小振幅波和力学理论,以车叶型鱼礁为对象,对其在大亚湾不同波浪(台风、十年一遇、二十五年一遇、五十年一遇)、不同水深(6～20 m)、不同海床坡度(10-1、30-1、50-1)及附着生物等多种条件下的安全性进行了研究分析,确定了车叶型鱼礁的安全重量和大亚湾海域适于其投放的水深范围.结果表明,安全重量在深于12 m的水深范围内变化平稳,而在较浅的水深特别是在波浪发生破碎的前后过程大小差异明显,表现出随水深变浅先变大后变小的波动特征,二十五年一遇的波浪条件下3种坡度的安全重量最大值分别为42.4、22.4和20.3 t,对应水深为10、12和14 m.坡度对礁体安全重量的影响非常明显,坡度越小,安全重量越轻,各种波浪条件下30-1与50-1下的安全重量随水深的变化特征相似,而10-1与30-1的差异远大于30-1与50 -1的差异.礁体的安全重量与波浪条件、水深和海床坡度有直接关系,水深过浅或海床坡度过大均可能导致礁体在较大波浪下失稳.从礁体稳定性与航道安全性两方面考虑,应选择大亚湾12 m以深、坡度平缓的水域,投放设计重量为22.4 t的车叶型人工鱼礁.     

Dynamic properties of a flexible net sheet in waves and current—A numerical approach

The dynamic properties of a flexible net sheet exposed to waves and current were investigated by using a numerical model. The net was modelled by dividing it into super elements, and the structural and hydrodynamic forces were calculated for each element. The movement of the net was found from time integrating the equation of motion at each node. The model was used to study the influence of different parameters on the behaviour of the net. Through six different cases the impact of the following five parameters were investigated: (i) floater movement, (ii) wave period/height, (iii) current velocity, (iv) net solidity and (v) bottom weight.     

Dynamic properties of a flexible net sheet in waves and current—A numerical approach

The dynamic properties of a flexible net sheet exposed to waves and current were investigated by using a numerical model. The net was modelled by dividing it into super elements, and the structural and hydrodynamic forces were calculated for each element. The movement of the net was found from time integrating the equation of motion at each node. The model was used to study the influence of different parameters on the behaviour of the net. Through six different cases the impact of the following five parameters were investigated: (i) floater movement, (ii) wave period/height, (iii) current velocity, (iv) net solidity and (v) bottom weight.     

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。