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。     

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。     

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。     

用数值法计算圆形沉浮式深海网箱的下潜水深

应用一系列力学关系,给出了深海沉浮式养殖网箱的运动方程组,在网箱下潜深度的研究中采用绕射理论和Morison方程进行了波浪力分析,讨论了网箱的下潜深度随波浪的波高、波长及周期的变化情况,得出下潜水深比较小时深海网箱的波力变化快,当达到某一个下潜深度以后,波力的变化趋于平缓,从而为深海网箱选用最佳工况提供了一种参考方法。     

远海钢质养殖平台锚泊模型试验研究

为保证钢质养殖平台在远海恶劣海况下的安全性,对养殖平台锚泊方案进行风、浪、流水池模型试验论证。根据模型试验的相似准则,采用养殖平台与模型几何相似、水池流体动力相似、非定常流动相似、模型缆绳与实体满足弹性相似的条件。通过试验,测出在不同大小和方向的风、浪、流作用下每根缆绳的受力值,以及养殖平台模型的运动状态、位移和方向。结果显示:在横风、横浪和横流(均为90°)工况下,缆绳受力最大,最大值为114.96 k N,垂荡和橫摇运动量最大,垂荡最大值7.99 m,橫摇最大值12.25°;在斜风、斜浪和斜流(均为45°)工况下,纵摇运动量最大,最大值为8.4 m;波浪越高,缆绳受力也越大,养殖平台运动量也变大。研究表明:与船级社指南对比,在各个工况下,该养殖平台锚泊方案符合船级社系泊指南要求。     

小尺度网箱缆绳张力在波浪中的变化特性

海水养殖网箱系统主要包括网箱框架、网衣和锚泊系统.其中锚泊系统是网箱系统安全的重要保证之一,而锚泊系统设计的核心问题是系泊力,即缆绳张力问题.为了保证受风浪冲击的网箱锚泊安全,必须对锚泊的动力负荷进行分析研究.为此本研究设计了一种小尺度网箱进行试验,通过测量不同波长、波高的波浪中网箱的缆绳张力、以及波浪通过网箱前后时的平均波高及波长,对网箱缆绳张力随波长、波高的变化进行分析和研究.结果表明,波浪中缆绳张力最大张力随波高的增加而增加,且随着波浪周期的增加张力增加的趋势随波高变缓,而波浪的波长和网箱框架的边长一致时,波浪单位截面积内的能量损失率达到最大值.     

HDPE双管圆形深海抗风浪网箱的研制

通过网箱结构的对比分析、材料选择和网箱模型试验,并针对进口网箱在我国海区使用中存在的问题,采用自主开发的HDPE网箱框架专用管材和六边形网目尼龙网衣,在网箱结构设计和制作技术上进行了多项创新性改进,自行研制了HDPE双管圆形结构的抗风浪网箱。波浪水槽模型试验表明,网箱抗浪能力可达7m波高以上,在原型流速102．9cm／s时,网箱容积损失率约为19．8％。研制的周长50m,水体2000m^3的试验网箱,经两年海区养殖验证,经历8～9级大风38次,10级以上大风3次,最大流速72cm／s,网箱系统和养殖鱼类安全。     

美国大豆工业海洋网箱水产养殖技术近海海水鱼类养殖网箱工程技术手册（十二）

3．单点系泊系统 海洋网箱水产养殖技术网箱采用一种单点系泊方式抛锚。单点系泊系统的组件包括：一个5吨重的钢筋混凝土浇铸的锚、一串由3种规格制成的系泊链条、一串表面系泊浮子和几条将海洋网箱水产养殖技术网箱上部拐角处和下部拐角处与系泊系统连接的系网箱绳索（见图C-13）。     

美国大豆工业海洋网箱水产养殖技术近海海水鱼类养殖网箱工程技术手册（三）

2．系泊系统 海洋网箱水产养殖技术网箱采用单点系泊系统抛锚，单点系泊系统的组成部分包括一个混凝土制成的锚、一组由3种尺寸链条组成的系泊链条、一组表面浮子和一组将系泊系统与网箱相连的系网箱绳索（见图8）。     

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.     

中国深远海网箱的发展现状与展望

深远海网箱养殖是一种新型水产养殖模式,具有技术先进、环境友好和成鱼品质高等优点,因此,它对推进水产养殖绿色发展战略意义重大。本文在介绍中国普通网箱和深水网箱、国外深远海网箱发展简况的基础上,重点概述2017年前后中国深远海网箱发展现状及其研究进展,并对今后的发展方向加以展望。2017年前,我国深远海网箱处于起步阶段,开发了特力夫~(TM)超大型深海养殖网箱等近10种深远海网箱。2017年后,我国深远海网箱进入快速发展期,开发应用了"深蓝1号"全潜式深海渔场等一系列深远海网箱,引领了深远海网箱的现代化建设。迄今为止,我国主要开展了深远海网箱的定义、专利、结构、绳网材料及其配套智能装备等研究,部分成果已得到应用。为适应水产养殖绿色发展要求,今后我国深远海网箱将朝着离岸化、大型化和智能化等方向发展。虽然我国深远海网箱养殖业取得了长足进展,但与挪威等国外先进技术相比,我们还存在巨大的差距。我国深远海网箱养殖业前景广阔,但相关工作任重道远。     

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，     

Numerical investigation of the hydrodynamic behaviors of multiple net cages in waves

Large fish farms that include multiple-cages are becoming common in the aquaculture industry. Selecting an appropriate mooring structure and arrangement of cages is necessary to avoid fish cage and mooring grid system failures. A numerical model based on the lumped mass method and the principle of rigid body kinematics is developed to predict the hydrodynamic response of a fish cage and mooring grid system to regular waves. To validate the numerical model, a series of experiments is conducted. The numerical results of this model correspond with those obtained from experimental observations. Then, two cage arrangements are investigated, and the effect of the wave direction is analyzed. The results show that when the wave incident angle is 0°, the maximum tension forces on the anchor lines of the two cage arrangements are close to each other. There is not a significant difference between the effective fish cage volumes of the two cage arrangements. However, if one anchor line is broken, the two cage arrangements have different degrees of risk of having the cage structures swept away. When the propagation direction of the incident wave changes, the tension forces on the anchor lines also change due to different transfer load paths.     

自升式深海网箱不同工况下结构安全性评估研究

深海网箱养殖受极端环境影响较大,自升式深海网箱凭借其结构特点在极端天气下可将养殖箱体下潜入水,为更好地应对极端环境、增加养殖效益提供了可能。本文针对某自升式深海网箱,基于大型通用有限元软件ANSYS的Mechanical模块,建立其有限元分析模型,而后考虑正常作业及风暴自存2种作业状态,通过编制不同相位角下桩腿支反力搜索程序确定计算工况,最终求解得到网箱各部件结构变形情况及应力分布,从而完成网箱结构安全性评估。研究表明,自升式深海网箱通过箱体下潜入水可以很好应对极端环境条件;经校核,本研究的自升式深海网箱结构安全性满足要求;桩腿及附近撑杆是自升式网箱的结构薄弱区域,在网箱设计中应予重点考虑。本研究可为自升式深海网箱结构安全分析提供方法参考。     

波浪作用下筏式养殖结构的动力分析

针对筏式养殖设施结构的特点,基于有限元商业软件ANSYS对其进行数学建模,通过数值计算,对不同位置浮标与吊笼的位移和最大锚绳力进行分析。数值模拟研究表明,筏式养殖设施整体结构在波浪作用下呈现周期性的运动趋势,但并未发生浮标或吊笼相互缠绕的现象,说明此筏式结构在波浪作用下能够安全使用。不同位置的浮标与吊笼,由于受到锚绳与筏绳相互牵引的作用,其位移随时间变化的趋势有所不同。两侧锚绳受力变化周期与波浪周期基本一致,迎浪侧锚绳受力明显大于背浪侧,锚绳力最大值约为1000 N。研究结果表明,通过对比不同的波浪工况条件,发现各个浮标和吊笼在水平与垂直方向的位移幅度均随着波高的增加而增大,且垂直方向位移幅度大于水平方向。     

矩形箱式浮防波堤水动力特性试验研究

研究一种可应用于维护网箱养殖区域安全的浮式防波堤--矩形箱式浮防波堤.通过实验室物理模型试验研究了规则波作用下几种不同相对拖地系数的矩形箱式浮防波堤的透射系数、运动响应和锚链力.探讨了相对宽度和相对拖地系数对透射系数和运动响应及锚链力的影响.试验结果表明,相对拖地系数为0的模型透射系数在0.38～0.87,消波效果理想,但锚链力较其他相对拖地系数不为0的模型大.试验研究为深水网箱养殖区箱式浮防波堤的设计和安装提供参考和依据.     

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。     

Water-tank experiment and static numerical analysis of the mooring system of a controllable depth cage

Recent variations in marine environments have increased the risk of aquaculture accidents at sea. This risk can be reduced by installing fish cages at the desired depth, based on environmental conditions such as wave height, the vertical profiles of water temperature, algal concentration, and dissolved oxygen concentration. Most submergible fish cages can be located at only two depths: the sea surface and a submerged depth. In the present study, a fish cage installed at various depths, i.e., a controllable depth cage (CDC), is proposed for avoiding undesirable environments. A water tank experiment is conducted to measure the drag of the cage and the static deformation of the mooring system using a scale model of the actual cage. Then, a simple numerical model based on the balance of forces on each component is developed to analyze the position and the attitude of the cage and the mooring tension of the system. The numerical model is verified by comparing the experimental and numerical results. The outcome showed that the cage and floats moved downstream at an increasing velocity. The results of the numerical simulation supported those of the water tank experiment. However, the simulated vertical positions of a cage and floats were higher compared with experimental results. Additionally, the inclination of angle increased alongside increasing velocity in the numerical simulation, whereas a complex variation was observed in the experiment. This happened because of underestimating the drag on the mooring rope in lower water current velocities; additionally, cage lift was not considered in the numerical model. Despite these discrepancies, the tension of each mooring rope was well predicted because of the dominant tension of the horizontal component. In future studies, the balance of forces on the rope should be predicted more precisely, and variations in cage drag and inclination angle should be included in the numerical model. Additionally, the effect of waves should be considered alongside water currents to ensure the safety of the CDC.     

Engineering procedures for design and analysis of submersible fish cages with copper netting for exposed marine environment

Novel design and analysis procedures are needed for engineering of the offshore fish farms utilizing copper alloy netting. Existing technologies developed for fish cages with polymer nets are not directly transferrable to the fish cages with copper netting. In particular, the structural integrity of fish cage/mooring systems, and initial high costs of fish cages with copper netting are two major concerns in the engineering for open ocean aquaculture. We propose the modified engineering procedures, which address these concerns and allow for retrofitting of existing fish farming systems with polymer nets. These procedures are illustrated by considering two case studies: design of a rigid-frame and flexible gravity-type fish cages. Performance of both designs is analyzed after the field trials in the North Atlantic and South Pacific oceans, correspondingly.