基于PIV技术的圆形循环水养殖池流场

为研究进水管的设置距离和角度对双管进水式圆形循环水养殖池水动力特性的影响,该研究通过模型试验的方法,利用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）测量了不同进水管设置方式下养殖池内的流场。试验设计了3组进水管距池壁距离（进水管与池壁的最近距离,即进水管设置距离d）,每组距离工况下设计了8组进水角度（出水方向与养殖池切线形成的锐角,即进水管设置角度α）。利用PIV技术测量了不同工况下距离池底1 cm水层的流场,从水动力特征量（平均流速vavg和速度均匀系数U）分析进水管设置方式对养殖池水动力特性的影响。试验结果表明进水管设置方式明显影响养殖池的水动力特性：d=0时,随着α的增加,平均流速整体呈现先增大后下降的规律,在α=45°时取得最大值,但流场均匀系数随角度的增加而逐渐增加;d=1/4 r（r为养殖池半径）时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数都先缓慢增加然后再下降,分别在α=40°和30°时取得最大值;d=1/2 r时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数整体都呈现逐渐下降的趋势。综合比较24个试验工况的平均流速vavg和速度均匀系数U,建议将进水管设置为d=1/4 r,α=30°～40°,以期使养殖池内水动力特征有利于固体颗粒物的运动汇集,提升养殖池的集排污能力。本文研究成果可以为工厂化循环水圆形养殖池进水管设置方式提供参考。     

养殖密度对圆形循环水养殖池自清洗能力的影响

循环水养殖具有养殖密度大、环境污染低、经济效益高的优点，是重要的水产养殖模式。然而，如何快速高效地排出养殖池内的残饵粪便等污物，降低其对水质的影响是循环水养殖模式中面临的首要问题。该研究采用物理试验研究鱼类养殖密度对圆形循环水养殖池的水动力特性及污物运动汇集的影响，揭示不同流量驱动下养殖密度与养殖池自清洗能力的响应关系。结果表明：提高鱼类养殖密度会降低养殖池内整体流场的平均流速v_avg，衰减幅度在0.05 m/s（25％）以内，并提高水中阻力系数C_t；鱼类游动引起的湍流能够导致池内污物再悬浮，有助于污物排出；集污时间同时受到养殖密度和流量的影响，9.8 L/min进水流量下集污时间都在5 min以内；进水流量为6.54 L/min时，养殖密度从0提高到6.2 kg/m³，湍流强度提高2.4倍，集污时间减少了40 min以上。因此，设计循环水养殖系统时需要综合考虑进水流量和预期养殖密度对养殖池自清洗性能的综合影响。研究结果可为圆形循环水养殖池的设计和日常管理提供参考。     

多弧槽球面配流副润滑特性分析与多目标优化

为改善锥形缸体球面配流副油膜润滑特性,提出一种多弧槽球面配流副结构,并采用遗传算法对多弧槽球面配流结构进行多目标优化。首先,对多弧槽球面配流副进行理论建模,采用有限容积法对油膜压力控制方程进行离散化,利用环形三对角矩阵算法(CTDMA)求解球面配流副压力分布;然后,对多弧槽球面配流副承载特性进行仿真,分析球面配流副不同弧槽结构下的油膜厚度分布及压力分布规律;最后,以缸体倾角、泄漏量和摩擦转矩为优化目标,利用多目标遗传算法优化多弧槽球面配流副的结构参数。结果表明：多弧槽结构可提升球面配流副油膜承载能力,弧槽结构最小膜厚下降3.1%～4.0%,弧槽结构最大压力显著提高,最大增幅为16.3%;同时可有效降低泄漏量、摩擦转矩,优化后综合目标性能提升10.5%,缸体倾角、泄漏量和摩擦转矩分别下降5.1%、8.1%和5.9%,有效提升了球面配流副润滑性能。     

基于STAR-CCM+的圆形循环水养殖池进水管布设位置优化

为探究圆形循环水养殖池进水管布设位置对池内的流场分布以及残饵粪便等固体颗粒物排出的影响。该研究基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术，采用STAR-CCM+软件系统地模拟进水管在常见布设角度（θ=0°、45°），不同布设位置（d=0、1/8 r、1/4 r、3/8 r、1/2 r，d为射流管与池壁的距离，r为养殖池半径）工况下，养殖池内的流场分布特性和固体颗粒物的运动特性，并以固体颗粒物的排出率为主要性能指标，对进水管布设位置进行优化分析。监测了距离池底2、16.5、31 cm（底层、中层、顶层）水层的流场分布特性并利用固-液-气三相流模型详细地模拟了固体颗粒物在养殖池内的运动和汇集过程。结果表明：在水力停留时间为20 min下，进水管设置位置明显影响固体颗粒物的排出率，θ=0°时，当布设距离设置为d=0时，固体颗粒物的排出率最低，其余布设距离工况下，排出率均较高（＞90%）且相差不大，在d=3/8 r时取得最大值94.8%；θ=45°时，当布设距离设置为d=1/2 r时，固体颗粒物的排出率最低，其余布设距离工况下，排出率均较高（＞90%）且相差不大，在d=0时取得最大值94.3%。因此当进水管布设角度θ=0°时，建议不要贴近养殖池边壁；当进水管布设角度θ=45°时，建议距离养殖池边壁不要超过半径的1/2。研究结果可为优化工厂化圆形循环水养殖池的进水管布设距离提供参考，提升循环水养殖的综合性能。