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,与实验结果进行对比。结果表明：喷嘴空化初生、生长及溃灭主要发生在流场外围区域,试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;空蚀强度受喷嘴结构参数影响较大,与入口直径D=4 mm~6 mm喷嘴比较,D=3 mm喷嘴最大气相体积分数提升了6.4%~19.5%;喷嘴出口扩口角结构大幅度提升了喷嘴空化强度,在样本值内30°出口角喷嘴空蚀效果最佳;相同喷嘴缩口直径下,长径比n=3~6范围内,长径比的增大提升了喷嘴的空化强度;喷嘴直径D、出口角度α、长径比n对空蚀作用的影响程度顺序为α＞D＞n。     

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。     

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。     

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。     

养殖网箱网衣清洗设备喷嘴的设计及力学特性分析

以提升清洗设备喷嘴清洗清洁度为目的,采用k-kl-w三方程湍流模型及有限元理论方法分析3类喷嘴孔内压强分布特性、速度分布特性和空化程度情况。结果显示:1)与锥型截面喷嘴和圆弧型截面喷嘴相比,突变型截面喷嘴在结构缩颈处有单位时间最大速度变化量224.13 m/s,具有更大的概率发生空化效应;2)锥型截面喷嘴与圆弧型截面喷嘴的空化区域远小于突变型喷嘴,其最大气相体积分数约为同等条件下突变型截面喷嘴的37.5%;3)高压流体作用下突变型截面喷嘴的流体状态为湍流,与锥型截面喷嘴和圆弧型截面相比湍流动能和湍流强度最大;4)圆弧型截面喷嘴湍流动能和湍流强度均趋于零,流体状态为层流,与突变型和锥型截面喷嘴相比,圆弧型截面喷嘴对保持流体层流性有较好的稳定性。喷嘴优化分析结果显示,通过增加突变型截面的喷嘴结构能显著提升喷嘴的空化强度。     

深水养殖网箱浮架变形模拟及结构改进设计

由高密度聚乙烯材料制作的网箱浮架在波浪流冲击下具有明显的变形,过大变形甚至会导致浮架失效破坏。该研究介绍了一种用于模拟波流作用下网箱系统受力变形的有限元计算模型,并利用前人的研究结果对数值模型进行了验证。在此基础上,以中国南海区常用规格80 m周长的圆形网箱为研究对象,设定27种大浪强流条件,对各种规则波和水流组合条件下深水网箱浮架动力变形进行了数值模拟,给出了不同波流工况下浮架最大变形位置处的应变模拟结果。结果表明,浮架变形随着波高或流速的增加而增大,但随着波浪周期的增加变化很小,在波高7m、周期9s、流速1.5m/s条件下浮架发生屈服破坏的风险极大。为降低高海况下浮架局部屈服破坏风险,对浮架结构进行了改进,科学提出了一种能够有效增强网箱浮架结构安全的技术措施。     

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。     

基于CFD-EDM的自动投饵饲料颗粒气力输送数值模拟

针对深水网箱自动投饵系统颗粒饲料气力输送时易阻塞与破损的问题,为揭示自动投饵系统中颗粒饲料的气力输送运动特性,开展了管道颗粒饲料气固两相流的数值模拟研究。基于气固两相流理论,分别建立了计算流体模型与离散元模型,通过计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-EDM)耦合求解,对饲料颗粒从气力输送管道初始阶段到稳定阶段的运动过程进行了分析,得到颗粒从初始状态到运动稳定阶段的颗粒位置分布情况。对不同位置管道内压力进行了分析对比,得到从管道入口到颗粒运动稳定状态时刻的压降。模拟仿真结果为自动投饵装备的模拟仿真与优化设计提供了参考,使其可以对饲料颗粒运动有更好的导向性,更好地降低弯管处颗粒碰撞的能量损失。     

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。