Modeling and implementing the use of aeration to increase water temperature and dissolved oxygen in greenhouse aquaculture cages

In this study, an unique bamboo floating cage was built in order to heat the water used for rearing Nile tilapia (Oreochromis mossambicus x O. niloticus) and climbing perch (Anabas testudineus, Bloch) in Northern Thailand during the colder rainy and winter seasons. This special greenhouse fish cage (SGFC) was covered with polyethylene to heat the surface air with solar energy, and insulated to prevent heat loss. The water temperature at depths of 0.1, 0.3 and 0.8 m was modeled and measured. In various trials, the cages were aerated with and without heated air from the surface. It was found that the thermal efficiency of the SGFC integrated with hot air aeration at a water depth of 0.80 m was 32.65 %. Throughout the day, the average water temperature was 31.82 ± 0.68 °C, which was 0.76 °C higher than the water temperature outside the experiment, and the amount of oxygen in the water of 11.35 ± 0.13 mg/l. The SGFC can produce one extra fish harvest per year when compared with regular fish cages. Development equations to describe the thermal model were used for predicting the water temperature in the SGFC and thus validating the model. Moreover, the economic analysis of the SGFC found that the payback period was one year, seven months and fourteen days.     

3种水质调控方式下刺参池塘初级生产力的周年变化

通过对自然纳潮、微孔曝气、养水机池塘不同水层初级生产力及其相关参数的研究,分析养水机对初级生产力的影响。结果表明,3种水质调控方式池塘,初级生产力年均值、P/R值均以养水机池塘最高,微孔曝气池塘次之,自然纳潮池塘最低。养水机池塘、微孔曝气池塘、自然纳潮池塘的初级生产力年均值分别为(6.22±0.54)、(5.37±0.60)、(4.69±0.53) gO_2/(m~2·d)。3种水质调控方式下,养水机池塘30～50 cm水层和50～100cm水层初级生产力差异不显著,而微孔曝气池塘和自然纳潮池塘这两水层之间初级生产力差异显著,且养水机池塘50～100 cm的水层初级生产力显著高于微孔曝气和自然纳潮池塘。研究表明,养水机能显著提高刺参池塘50 cm以下水层的初级生产力,缩小上层和下层初级生产力之间的差距,从而提高池塘水体总初级生产力,为刺参饵料和池塘物质快速循环提供基本保障。     

Water circulation induced by mechanical aerators in a rectangular vessel for shrimp aquaculture

A water streamer was designed for the purpose of enhancing cost-efficient circulation between the water surface and bottom of shrimp aquaculture ponds. We took direct measurements of the water current field induced by the designed aerator in a large rectangular reservoir of dimensions (L)50 × (W)19 × (D)1.3 m³ and compared the results with those of a standard Taiwanese paddle-wheel aerator. Vertical circulation between the surface and the bottom induced by the paddle wheel aerator was less than that by the designed aerator. Furthermore, the paddle-wheel aerator consumed more electric power than the designed aerator. The structures of water current induced by the two aerators are elucidated, and the advantages and disadvantages of the aerators are discussed.Auxiliary employment of the designed aerators may contribute to delivery of high DO water throughout the pond, which is more efficient than a paddle wheel aerator.     

运行参数对倒伞曝气机曝气性能影响试验

转速、浸没深度和液位高度对倒伞曝气机曝气性能的影响较大,为了研究各影响参数协同作用下倒伞曝气机曝气性能的变化情况,该文通过试验研究了不同转速、浸没深度和液位高度对曝气性能的影响。研究表明:在相同转速时随着运行时间的增加曝气池溶解氧浓度随之增大,但增幅逐渐降低;随着转速的增加,叶轮对水的做功能力增强,提高了水面的湍动强度及水面下的复氧强度,进而缩短了曝气池达到氧饱和的时间,转速为300 r/min达到氧饱和的时间比150 r/min缩短了约57%。转速、浸没深度和液位高度的改变均会极大地影响倒伞曝气机的性能:转速的增加能够提升倒伞曝气机的标准氧总转移系数和标准充氧能力,但对于标准动力效率的提升有一个上限值,该上限值与浸没深度有关;倒伞曝气机低速运行时,浸没深度和液位高度对标准氧总转移系数和标准充氧能力的影响较小。液位高度的增加会加大倒伞曝气机的标准充氧能力和标准动力效率,但是相同液位高度下,随着转速的增加标准动力效率增幅明显小于标准充氧能力增幅,当液位高度为250 mm时,转速从150增加到300 r/min,标准充氧能力值提高2.91倍而标准动力效率提高1.22倍。该研究可为倒伞曝气机的经济运行提供参考。     

微孔曝气增氧技术应用现状

微孔增氧技术与传统增氧方式相比,不仅能增加水产养殖水体中的溶解氧量,尤其是中、下层水体均匀增氧,还能改善养殖池塘的生态环境。本文主要介绍微孔增氧机的工作原理及与其他增氧设备配套使用的优点。     

盐碱地后悬挂随动式打孔通气机的设计与试验

针对现有盐碱土改良措施工程量大，农业生产成本高的问题，设计了一种后悬挂随动式打孔通气机，用于疏松土壤，提高土壤通透性，改善土壤环境。分析了该机器的组成及工作原理，建立了五杆打孔机构运动学模型，研究了打孔轨迹形成的机理，在确立关键部件约束条件的基础上，结合工作原理和运动特性，获得了打孔部件和随动装置的结构参数，及不同打孔深度下的最佳机组前进速度。借助Matlab软件进行了打孔通气机打孔过程仿真分析，结果表明：在最佳机组前进速度下，打孔过程中的打孔针摆动角度在?2.2°～2.3°之间变化，垂直性较好。基于理论与仿真分析，设计了后悬挂随动式打孔通气机样机，并对样机打孔特性进行了试验分析，试验结果表明样机打孔特性与理论分析结果一致，试验结果如下：样机作业速度为3～5 km/h时，成孔与水平方向的夹角均值在86.4°～88.5°之间，变异系数小于1.6%，垂直性较好，同时打孔密度为51～128孔/m2，工作效率为3600～6000 m2/h。该研究可为开展盐碱土机械化改良提供参考。     

转筒式增氧机增氧能力的试验研究

对转筒式增氧机的增氧机理进行了分析,通过室内多因素试验观察、分析找出了影响其增氧能力的主要因素及较优组合;提高转筒转速,可增加进入水体中的空气量,减小气泡直径,加速水体的紊动和对流循环,以提高增氧能力,为转筒式增氧机设计提供了基本依据。     

越冬池溶解氧含量的无线监测与控制系统初步设计

为确保鱼类安全越冬,避免因越冬池缺氧而大量死亡,设计了越冬池溶解氧含量无线监测和增氧机控制系统。该系统运行安全可靠,能够保证鱼类越冬生产的安全性,提高鱼类越冬成活率。     

基于Fluent的射流式增氧装置的数值模拟与试验研究

利用κ—ε双方程湍流模型对自行设计的射流式增氧机内部流场进行了模拟，得到了流场内部各个参数的分布图，揭示了混合管内部的流动状态，为射流式增氧机的参数优化和性能预测提供了可靠的手段。通过对射流器仿真数据的分析，得出混合管与喷嘴截面积比的最佳值为2．33，并通过增氧试验验证，证明仿真结果与试验结果相吻合。     

增氧机池塘增氧效果试验的研究

研究不同型式的增氧机性能,可使生产者根据不同养殖对象与模式针对溶氧的需求,选择配置合适的增氧方式。通过对使用最为广泛的叶轮式、水车式、射流式和曝气式增氧机产品性能的池塘实效试验,分析比较各类增氧机性能、工作特性和适用范围。结果表明,养殖水体溶解氧主要来自浮游植物的光合作用;叶轮式、水车式和射流式增氧机应用于服务水域,其增氧能力远远不能满足该水域养殖鱼类的氧需求,但可满足养殖鱼类的应急氧需求;曝气式增氧机因没有应急增氧作用和水体搅拌能力而不适合四大家鱼等常规鱼种的养殖需要。