波流作用下深水网箱受力及运动变形的数值模拟

基于已建立的浮架和网衣数学模型,对不同波况和流速共同作用条件下HDPE深水网箱所受的锚绳力、波流力、容积损失率以及浮架倾角进行数值计算,设计的波流要素值为:波高H=4～6 m,周期T=6.0～8.6 s,流速U=0.3～0.9 m/s.结果表明,网箱锚绳受力、波流力和容积损失率均与波高和流速成正比,与周期的关系不明显,且网箱系统所受的波流力约为网箱迎浪侧两根锚绳受力的合力.在波高H=4～6 m、流速U=0.75 m/s时,网箱容积损失率达到47%～56%,网箱变形较为严重,为此建议网箱养殖区域应选择流速小于0.75 m/s的海区较为适宜.周期对网箱容积损失率的影响很小,对浮架倾角的影响较为明显,波高和流速不变时,随着周期的增大,浮架倾角会有所减小.本研究旨在探讨波浪流对深水网箱受力及运动变形的影响,为高海况网箱养殖的风险评估提供参考依据.     

自减流低形变网箱模型试验

通过在圆柱形网箱箱体深度的1/2处设置一个中环,将原来的圆形重力式网箱改造成新型自减流低形变网箱(改造后的新型实物网箱周长50 m、中环周长75 m、深8 m)。通过在东海水产研究所内主尺度为90m×6 m×3 m的试验水池对新型自减流低形变模型网箱进行模型试验,研究其箱体内容积和流速的变化。模型试验结果表明,新型网箱的容积保持率明显优于原型网箱,在流速1kn时容积保持率仍能达到90.4%。不同流速下,新型网箱的减流效果比原型网箱提高5.8%~13.9%,内部流速比箱体外界流速减小25.0%~31.2%。该新型网箱可有效降低箱体内的海水流速、提高箱体的容积保持率,为养殖鱼类提供更为良好的生存、生长环境。     

波流作用下圆柱形近海抗风浪网箱缆绳的张力特性

波流作用下圆柱形近海抗风浪网箱缆绳的张力特性= Study on the characters of tension in mooring lines of anti-stormy-wave-cage with cylindrical net under the combined action of waves and currents ［刊，中］/郑国富（福建省水产研究所，厦门 361012）,黄桂芳,魏观渊,丁兰,朱健康//水产学报，—2007，31(1).-84～89 HDPE框架圆柱形网箱是目前我国应用最广泛的抗风浪网箱养殖设施。作者以40 m×6 m该种网箱为原型,选择λ=1/16和λ′=1/3.625～1/4.333的尺度比制造模型,于2003年7月在大连理工大学开展了模型试验,研究其在纯流(0～1.25 m·s-1)、纯波（0 m、3 m和6 m）及其联合作用下的运动状态和缆绳张力特性。结果表明，缆绳张力对台风浪的响应过程复杂，纯波浪时呈“波群”状态，波流联合时呈“漂移”状态，而对季风浪响应则无此现象，其对网箱在台风浪下的破坏作用需继续研究；台风浪下，张力回归方程为T=95423V2 - 42546V+63329(R2=0.8736)（无底框架）和T=54161V2+8613.7V+67319(R2=0.8862)（带底框架）；流速从1 m·s-1增到1.25 m·s-1时，张力增幅分别达92.5%（无底框架）和61.7%（带底框架），表明该网箱应布置在流速小于1 m·s-1的海区；在波流联合作用下，左右缆绳张力存在一定差异，试验中相差约25%，实际工况下波流分布更复杂，张力差异更大，建议取迎波流面两缆力和的统计最大值作为单锚及锚缆绳的允许受力值。图9表3参17 关键词：圆柱形抗风浪网箱;锚缆绳;张力特性 E-mail:gfhy007@163.com     

四川盆地气候下美国青蛙蝌蚪和变态幼蛙越冬试验

研究了在四川盆地不同水温下美国青蛙蝌蚪和不同初放体重的变态蛙的越冬成活率与生长率的变化情况。研究表明: 在水温7-2 —25 ℃的范围内, 温度对蝌蚪的成活率无影响; 而生长率与水温变化显著相关(P< 0-05) , 数学模型为: Y= 2-02 + 0-186t, 变态蛙的初放体重在1-7—7-2 克的范围内时, 随着体重增加, 成活率也快速上升, 最大值为97-8 % , 两者关系符合逻辑斯蒂曲线方程: Y1 = 1/ [0-693+ 20-6exp ( - w)] ; 同样生长率和初放体重也符合逻辑斯蒂曲线方程: Y2 = 1/ [ - 9-68+ 2-93exp ( - w)] , 且生长率的最大值为- 10 % , 即体重减少的最小值为10% 。     

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。     

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。     

基于GAM模型研究金枪鱼围网沉降性能影响因素

金枪鱼围网渔业是现代金枪鱼渔业中捕捞效率最高的方法,研究围网沉降性能与影响因子之间的关系有利于提高围网捕捞效率.利用2011年9-12月金枪鱼围网渔船“金汇7号”在中西太平洋作业时所收集的数据,实验分析了围网沉降深度(H)与放网时间(T),放网速度(V0),括纲(L)及跑纲(L1)的投放长度,10、60和120 m 3个水层流速(V10,V60及V120)等因子之间的关系,并利用广义加性模型(GAM)评价了各因子对沉降深度的影响.结果表明:(1)网具中部沉降深度与时间的关系为H=-0.000 2 t2 +0.408 6 t+1.809 9(R2 =0.999 3);(2)沉降速度随着深度的增加而减小,网具中部沉降速度与时间的关系为V=2.5 ×107 t2-6×104 t +0.4412(R2 =0.985 2);(3)GAM模型中的逐步回归分析表明,T、V60、V120和L4个因子对H影响显著,且影响大小依次为V120、L、T和V60;(4)GAM模型分析表明,沉降深度随放网时间的增加而增大,放网时间集中在500 ～550 s;流速的大小与沉降深度呈负相关;括纲投放长度主要集中在1 800 m左右.     

不同排布方式圆形重力式网箱容积保持率的模型试验

以目前使用较多、主尺度为周长50 m、深8 m的HDPE圆形重力式网箱为研究对象,通过在主尺度为90 m×6 m×3 m的试验水池内的模型试验,研究其在不同配重、两种排布方式、不同排布间距条件下网箱的容积保持率变化。结果表明:"一字型"的网箱排布方式时,不同的排布间距对第一只网箱的受流影响不大;第二、第三和第四只网箱由于前一只网箱的减流作用,网箱间距越小,其作用越明显,容积保持率越高。"田字型"的网箱排布方式时,由于并排网箱产生的涡流的影响,第一只和第二只网箱在相同流速下其容积保持率较"一字型"排布方式减小,且网箱排布间距越小,涡流的作用越明显,容积保持率越低。模型网箱的容积保持率均随着配重的增加而增加,高流速下配重的调节作用减弱。根据实验数据以及在实际海上作业情况,建议"一字形"排布、25%间距方式设置网箱,可适当增加迎流第一只网箱的配重,其它网箱建议可采用700 kg配重。     

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。     

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。     

Numerical simulation of the flow field inside and around gravity cages

A three-dimensional (3D) numerical model is established to simulate the flow field inside and around the gravity cages in a current. The realizable k–ɛ turbulence model was chosen to describe the flow, and the governing equations are solved by using the finite volume method. In the numerical model the cylindrical cage is divided into 16 plane nets around the circumference and a bottom net, and the net is modeled using the porous media model. The unknown porous coefficients are determined from the hydrodynamic force on the net under different flow velocities and attack angles using the least squares method. In order to validate the numerical model, the numerical results of the plane nets were compared with the data obtained from two physical model tests. The comparisons show that the numerical results are in good agreement with the experimental data. Using the present model, this paper presents the flow field inside and around the gravity cages with different spacing distances and cage numbers. This study provides information about the flow field inside and around the fishing net cages.     

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。     

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。     

钢质海洋渔政船空船重量与重心估算方法研究

在实船资料统计分析和基于船舶基本原理基础上,提出了适合渔政船设计初期空船重量及重心的估算公式,以此分析、整理出的回归方程更具有针对性。将空船重量、重心高度、重心纵向位置的公式计算结果与实船倾斜试验所得值相比较后发现,相对误差符合工程要求,重心纵向位置值亦在允许范围内。本估算方法可以给设计者以前期估算参考。     

圆形重力式网箱不同排布方式受力变化的模型试验

以目前使用较多、主尺度为周长50 m、深8 m的HDPE圆形重力式网箱为研究对象,通过在主尺度为90 m×6 m×3 m的试验水池内的模型试验,研究其在不同配重、两种排布方式、不同排布间距条件下网箱的受力变化。结果表明:不论"一字形"还是"田字形"排布,在其它条件相同的情况下,模型网箱阻力随着箱体配重增加而增大,且随着流速的增加而增大。在其它条件相同的情况下,除"一字形"排布的第四只网箱在0%间距排布的模型网箱在高流速下受力大于25%和50%排布间距的受力外,其它排布的模型网箱阻力均随排布间距的增大而增大。在其它条件相同的情况下,随着流速的增加,"田字形"排布第二只网箱受力由小于"一字形"排布逐渐大于"一字形"排布。从模型网箱的受力情况分析,"一字形"排布25%间距的网箱受力最小。     

水流作用下重力式网箱浮架结构的动力响应研究

近年来深水网箱养殖设施得到了广泛的应用,浮架作为网箱结构的重要组成部分,其安全性对网箱的设计至关重要。基于有限单元法采用SHELL单元建立了浮架结构的荷载-变形数值模型,对水流作用下浮架的应力和变形进行了数值模拟,并开展物理模型试验对该数值模型进行验证。结果表明,该数值模型可以准确模拟浮架的变形,采用该数值模型,分析了不同流速条件下浮架的变形和应力,数值模拟结果显示:随着流速的增加,浮架的变形和应力逐渐增加。相同流速条件下,注水下潜后,浮架的应力和变形能够显著减小;因此,在强流条件下,可以采用浮架注水的方式,使浮架处于下潜状态,以改善浮架结构的变形和应力分布。     

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。