圆柱镂空型人工鱼礁波流水动力特性数值模拟

研究人工鱼礁在波流作用下的水动力特性,对于人工鱼礁的设计具有重要的意义。基于有限体积法,采用边界造波,利用自由表面捕捉法(VOF)捕捉自由水面,建立了可以分别模拟纯波、均匀流以及波流共同作用下人工鱼礁水动力特性的多功能三维数值波流水槽。基于该数值模型对不同波流工况作用下圆柱型镂空人工鱼礁水动力特性进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行比较。结果显示,人工鱼礁数值模拟受力与模型试验结果吻合良好,人工鱼礁所受的波流力最大值随着波高、周期和水流流速的增大而增大;人工鱼礁处于波流场波峰正下方时,背涡流的面积随着水流流速的增大而增大,随着波高、周期增大而减小。对单独均匀流作用、单独波浪作用和波流联合作用下人工鱼礁的水动力特性对比研究表明,人工鱼礁所受的最大波流力比最大波浪力、水流力都大,波流联合作用下的流场效应最显著,在礁体的后部形成了较大规模的漩涡结构。     

重庆市渝北区水域保护与开发利用探析

目前,全国的水域污染、占用严重,对水域进行保护与开发利用的工作需要进一步加强,全国各地都在积极的探索中。文中分析了渝北区的水域现状及存在的主要问题,并对下一步的工作提出了对策建议。     

基于CFD的进水管布设位置对沉降式固体颗粒排污影响的数值模拟

为研究不同进水系统结构对单排污通道矩形圆弧角养殖池内沉降式固体颗粒物排出效率的影响规律,优化养殖池进水结构并提高养殖池系统的集排污性能,运用计算流体动力学(computational fluid dy-namics,CFD)仿真技术构建固-液两相流数值计算模型,研究了弧壁单管和直壁单管养殖池系统内不同密度(1100、1200、1300、1400、1500 kg/m3)和粒径(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mm)的沉降式固体颗粒物的排出效率.结果表明:固体颗粒物的最终排出率与进水管布设方式及自身属性(密度与粒径)均相关;对于不同密度的颗粒物而言,弧壁单管进水模式下,5种密度的固体颗粒物的最终排出率较直壁单管进水模式平均提高28.60％,且随着密度的增加固体颗粒物的最终排出率呈现先增大后减小的趋势,直壁单管进水模式下,颗粒物的排出率随颗粒物密度的增加而降低;对于不同粒径的颗粒物而言,弧壁单管进水模式下,7种粒径的固体粒子的最终排出率较直壁单管进水模式平均提高38.32％,两种进水模式下,固体颗粒物最终累计排出率均随颗粒物粒径的增大呈现先降低后增加的趋势.研究表明,进水管布设于弧壁位置(进径比Carc/Barc=0.01)能够有效提高沉降式固体颗粒物的排出率,本研究结果可为优化工厂化循环水养殖池系统的集排污性能提供参考.     

贝类养殖吊笼水动力特性的实验研究

通过模型实验的方法分别探讨了规则波和均匀流作用下贝类养殖吊笼的水动力特性,并分析了贝类养殖密度对吊笼受力的影响。在波浪作用下,基于莫里森方程,通过最小二乘法计算水动力系数C_d和惯性力系数C_m值;在水流作用下,利用简化莫里森公式反推出C_d值;分析了Kc数、雷诺数Re和养殖密度对C_d和C_m的影响。结果显示:吊笼的运动幅度及受力随着波高、周期及流速的增大而增大;随着贝类养殖密度的增大,吊笼受到的水平力逐渐增大,而吊笼的运动幅度逐渐减小;在波浪效应下,随着Kc数、Re的增大,C_d有略微增大趋势,而C_m则先增大后趋于常数;在水流作用下,C_d值随着雷诺数Re的增大无显著变化;在同一工况下,C_d随着贝类养殖密度的增加而增大,而C_m相应减小。研究表明,本实验得出的吊笼水动力系数可作为计算吊笼波浪力和流阻力时的取值参考。     

基于FUNWAVE-TVD模型的离岸养殖围网内外波浪场数值模拟研究

本研究利用完全非线性Boussinesq数值模型FUNWAVE-TVD耦合多孔介质模型,建立了模拟围网波浪场的数值模型。将计算结果和实验数据进行对比分析,验证了该模型计算规则波在穿过网箱后传播过程的准确性。进一步研究了波高和周期等因素对围网内外波浪场特性的影响,探讨了围网波浪场特性与这些水动力因素的内在联系。结果显示,离岸养殖围网的存在使波浪场背浪侧出现衰减,波高衰减率受波浪周期影响较大,最大波高衰减达到93.3%。同时,较低频规则波的波高衰减区域呈辐射状趋势扩散,并随着波浪进一步传播,最大波高衰减位置开始向两侧扩散,围网背浪侧的波高衰减程度减小,波高有恢复趋势,而高频波浪的波高衰减区域则较为集中。本研究可为实际海域桩网围护的位置和构造提供分析依据。     

基于流态的方形圆弧角养殖池进水系统优化数值研究

为研究进水系统优化对方形圆弧角养殖池内流场特性的影响,实验运用计算流体动力学仿真技术(CFD)构建方形圆弧角养殖池的三维数值湍流模型,单管进水系统设置在养殖池弧壁的中间位置(以下称弧壁单管),并主要对不同进径比(参数C/B,射流管中心位置到养殖池壁的水平距离C与养殖池短边边长B之比)和不同射流角度对养殖池系统内的流场特性开展研究。结果显示,不同进径比条件下,随射流角度增加养殖池水体平均速度均呈现先增大后减小的趋势,且最优射流角度不同。进径比为0.01且射流角度为45°时,养殖池内部流场平均流速最高。进径比为0.03时,最优射流角度为30°。当C/B=0.05～0.13时且射流角度为25°时,水体平均速度最高且流场均匀性较好。进径比C/B=0.07～0.09、射流角度为25°时,养殖池内部流态总体上优于其他工况。研究表明,养殖池流场特性与进水系统进径比和射流角度密切相关。研究结果可为工厂化循环水养殖进水系统设计和优化养殖池系统的流场特性提供理论依据。     

进径比对矩形圆弧角养殖池水动力特性影响

为研究单管入流模式下,进径比(参数C/B,C为射流孔位置到养殖池壁的水平距离,B为养殖池短边边长)对单通道矩形圆弧角养殖池系统水动力特性的影响,实验运用计算流体动力学仿真技术构建单通道矩形圆弧角养殖池三维数值计算模型,应用平均流速、阻力系数和速度分布均匀系数等流体动力学特征量分析养殖池内(尤其是池底)的流场形态,并修正能量有效利用系数以评估养殖池系统的能量有效利用率。结果显示,将进径比参数C/B从0.00增大到0.05可有效改善养殖池内流场特性,进径比参数C/B设置在0.02～0.04之间有利于单通道矩形圆弧角养殖池系统获得最佳的流场条件。研究表明,进径比参数的较小优化可显著提高养殖池内平均流速与能量有效利用率,利于形成均匀稳定的流场。     

网衣波浪水动力特性的数值模拟初步研究

为研究网衣与波浪相互作用机理,以粘性不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,通过VOF方法追踪波面,采用推板造波的方式建立了数值波浪水槽。数值模拟过程中利用多孔介质模型模拟网衣,根据网衣受力的经验公式利用最小二乘法拟合得到相应的多孔介质模型参数。利用该数学模型研究了平面网衣对波浪形态影响及网衣受力情况,并与物理模型试验结果相比较。结果表明,计算获得的网衣受力和波浪透射系数与试验结果相一致,证明了该数值模型研究网衣波浪水动力特性的适用性。     

基于数字孪生技术的平面渔网破损检测方法研究

为防止渔网破损造成养殖鱼类逃逸，有必要对网衣进行破损检测。为了克服人工检测劳动强度大且效率低下的缺点，实现渔网的精准实时监测，本研究提出了一种基于数字孪生的网衣破损检测方法，可利用传感器代替人工监测。该方法首先从渔网的数值仿真模型获取大量的仿真传感数据，然后将数据用于人工神经网络的训练与测试，最后生成可进行网衣破损识别的数字孪生体。数字孪生体可根据传感器监测到的数据来判断网衣是否发生破损。在数值模拟中，考虑各种波浪条件以及网衣的破损情况。在训练人工神经网络中，将有效波高Hs、谱峰周期Tp以及横纲竖纲的拉力值作为输入变量，将网衣完整状态以及破损状态作为输出。经过测试分析，该识别模型根据传感器数据识别网衣是否破损的平均准确率为94.32%，由此可见，数字孪生技术能准确检测到渔网的损坏，可以作为网衣破损检测的一种新方法。