我国深远海网箱养殖工程与装备技术研究综述

自升式桁架网箱凭借便于将养殖箱体下潜入水的结构特性,为更好地适应深远海养殖极端环境提供了一种选择。网衣作为桁架网箱关键部件,通过纲绳系缚于桁架管上,在外部环境载荷作用下可能会对网箱主体结构强度产生影响。针对一种自升式桁架网箱,基于SESAM/GeniE建立其有限元分析模型,分析了在有无网衣及不同网衣参数条件下的网箱主体结构响应。结果表明：网衣对网箱主体结构响应评估存在较大影响,尤其在流速较高时,网衣阻力大幅增加,直接影响网箱桩腿受力和桁架利用系数 (Utilization factor, UF) 值,证明在校核网箱主体结构强度时不可忽略网衣的作用;不同网目群化比下,网衣对自升式深海网箱整体结构响应评估结果影响不大,在网箱主体结构响应仿真计算中可以考虑使用较大的网衣群化比来提升计算效率;网衣系缚纲绳数量变化对网箱主体结构的响应评估基本无影响,但增加系缚纲绳可以有效减少纲绳受力。

     

喷嘴结构对网衣清洗装备水下空化特性的影响

针对我国深远海大型网箱养殖网衣清洗装备缺乏的难题,基于高压射流空化原理,研制了一种双体深水网箱网衣清洗装备。采用数学建模及物理试验方法,建立了清洗装备关键部件的水动力特性分析方程,开展清洗装备水下清洗试验,探究了不同工况下的喷嘴孔径、喷嘴与转盘夹角 (喷嘴轴线与分流转盘盘面所呈角度)、靶距对清洗装备污损生物清洁率的影响。结果表明：网衣挂板污损生物去除率受靶距、喷嘴孔径、喷嘴和转盘夹角等多因素影响,试验参数范围内网衣清洗装备污损生物去除率为30.26%~72.55%;试验范围内喷嘴孔径为1.0 mm,喷嘴与转盘夹角为60°,靶距为0 cm时网衣挂板污损生物去除率最大,靶距对网衣挂板污损生物去除率的影响最为显著。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形式脱落,网面主要残留物为具有较强吸附力的软质足丝盘。研究结果进一步优化了水下清洗装备系统的参数配置,为网衣清洗装备的设计提供了理论支撑。

     

往复流作用下深水网箱的单锚腿系泊系统设计及效用评估

现有的多点系泊系统的复杂性及其暂无替代系泊方式是制约网箱养殖产业走向深远海的因素之一。借鉴单点系泊系统的优势,设计出一型可应用于往复流情况下的新型单锚腿系泊系统,通过计算和海域实测试验表明,该单锚腿系泊系统具备两级刚度的特点,满足网箱的系泊需求。在此基础上,以NACA0030对称翼形网箱为系泊对象,对单锚腿系泊系统与翼型网箱的耦合系统展开了南海海域50YRP海况下7个典型工况的扫略计算,完成系泊系统的安全与效用评估。结果表明,所设计的系泊系统在15～50 m水深范围内均具备较高的安全性,最适宜30 m水深使用。     

喷嘴结构对网衣清洗装备水下空化特性的影响

为揭示淹没环境下喷嘴高压射流空蚀的作用机理及沿程参数作用,基于空泡演变过程,利用有限体积法采用混合多相流模型对网衣清洗装备喷嘴空化程度、速度分布及射流空蚀强度进行分析.结果 发现,喷嘴空化初生、生长及溃灭主要发生在流场外围区域,实验样靶空蚀区以圆环形式呈现,在圆环冲蚀区内分布密集的冲蚀凹坑,中心区域有明显的冲蚀斑痕;空...     

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。     

国外深海网箱养殖业发展动态及其对中国的启示

深海网箱养殖是重要的海水养殖模式,网箱网衣的定期清洗是确保养殖质量和安全的关键环节。目前,网衣普遍采用人工清洗,不仅费时费力,且随着深海网箱规格越来越大,人工方式难度显著提升。洗网机器人为深海网箱网衣清洗提供了更加安全、便捷的方式;然而,洗网机器人在贴网清洁和水下穿梭过程中,受力难建模、状态难观测,设计抗扰动能力强、能耗低的控制器困难,开展全面实验及数据记录成本高、时间长。针对上述问题,在物理仿真环境Gazebo的基础上,考虑了推进器和洗盘的存在,并分析了在水下环境中诸如附加质量、阻尼等各项水动力学特性以及流场环境等因素对洗网机器人的影响,构建了一套洗网机器人仿真系统,使得洗网机器人水下工作完备数据易获得、控制性能易验证、模型性能易对比,从而助力洗网机器人的控制器开发。

     

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...     

深水网箱浮架结构的失效及疲劳性能分析

为了分析台风海况环境与系泊载荷导致深水网箱局部崩塌的现象,分析网箱部件长期承受波浪交变载荷作用而导致的疲劳破坏问题,该文自主开发网箱浮架试样的加工方法,并进行浮架管材的性能参数测定,进一步采用等效载荷有限元模拟、全场景有限元模拟与力学试验对比验证,结合有限元结构仿真分析网箱浮架的失效及疲劳情况。结果表明,网箱浮架承受拉伸及弯曲载荷时弹性变形至塑性变形的临界屈服强度为22.12和30.58 MPa;浮架应力集中及疲劳关键节点主要为焊接点、系泊点、管材联接及工字架装配边缘区域,塑性区扩展至表面且断裂伸长率大于340.18%时发生结构断裂;浮架单点系泊及均布载荷40 kN时的低周疲劳寿命为734次应力循环,主要是由于此时的结构应力大于疲劳极限3.38 MPa导致疲劳寿命减小。增大系泊面积和工字架数量、减少焊接接头、降低联接管材的SDR系数可有效提高网箱浮架的可靠性能。研究结果可为长期和极限作业环境下网箱结构的优化设计提供参考。     

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。     

我国深远海网箱养殖工程与装备技术研究综述

在远离大陆的深远海水域发展大型网箱养殖,已成为缓解近海养殖环境压力、突破资源受限和空间制约问题的重要举措。深远海网箱养殖产业的蓬勃发展,加速促进了养殖方式转型升级和海洋养殖空间大幅拓展,形成了海洋设施养殖新发展格局。本文立足我国网箱养殖产业发展现状,分析深远海网箱养殖产业发展需求、发展前景以及设施装备科技需求,详细介绍国内外深远海网箱养殖工程与有关装备技术的研究应用情况,分析我国深远海网箱养殖工程与装备发展面临的主要问题,并从科学规划、科技引领、规范建设和创新模式等方面,对深远海网箱养殖产业发展提出相关建议。